Au coeur de la matière :
La matière ordinaire est composée d'atomes qui eux-mêmes sont constitués d'un noyau et d'un nuage d'électrons (charge négative) qui gravitent autour de ce dernier. Le noyau est composé de protons (charge positive) et de neutrons. Le nombre d'électrons et de protons étant identique, cela conduit à une neutralité de charge de l'atome. L'électron est une particule élémentaire (non divisible) tandis que les protons et neutrons (nucléons) sont formés de quarks maintenus ensemble par des l'action de gluons :
Particules élémentaires :
Les particules élémentaires se regroupe en deux familles, à savoir, les leptons (dont font parti les électrons) et les quarks (dont sont composés les protons ou les neutrons). Le tableau ci-dessous résume toutes les particules élémentaires connues en indiquant leur charge :
Au long de l'histoire :
De la création jusqu'à l'apparition de la vie, l'univers a traversé un certains nombres de transitions. Au départ l'univers était confiné en un point de très haute densité d'énergie. Toutes les particules sont dites en équilibre thermique, il y a autant de création de particules que d'annihilation, sans oublier les photons. L'univers va connaître une phase d'expansion au cours de laquelle les différentes forces qui n'en formait qu'une, vont commencer à se distinguer. L'expansion continuant l'équilibre thermique va se rompre donnant la possibilité aux quarks de se combiner entr'eux et les gluons pour former les premiers nucléons. Ces derniers vont après formés les noyaux qui vont capturer des électrons pour constituer les premiers atomes. Les première galaxies vont apparaître avec leurs systèmes solaires et enfin la vie. L'état de la matière juste avant la formation des premiers nucléons, lorsque les quarks et gluons ne sont pas encore confinés, est appelé de plasma de quarks et de gluons.
© http://cmsinfo.cern.ch/Brochures/IntroToCMS.pdf
La physique du PQG :
Cette physique se propose de reproduire en laboratoire la transition de phase PQG vers nucléons mais en sens inverse, on va partir de nucléons pour aboutir au PQG. Cela est réalise en faisant entrer en collision des ions lourds (atomes sans électron, masse supérieur à l'or) à une vitesse proche de la vitesse de la lumière (300 000 km/s). Au niveau du point d'impact, une chaleur de 1 GeV (10 000 Milliards de degrés) est atteinte, correspondant à la valeur de déconfinement des nucléons en PQG.
Pour donner l'énergie cinétique nécessaire aux ions, de grands accélérateurs circulaires sont construit. Le LHC (Large Hadron Collider) au CERN (Genève, Suisse) est en phase de construction (27 km de circonférence) et devrait être opérationnel en 2007. Le RHIC (Relastivic Heavy Ion Collider) au BNL (New-York, USA) est en service plusieurs années (~ 5 km de circonférence).
Les détecteurs associés aux collisionneurs (ALICE au LHC, Phenix, Star, Phobos et Brahms au RHIC) permettent d'identifier les particules produites lors des ces collisions d'ions lourds (~ 15 000 part/collision). La nature et le nombre des particules renseignent le chercheur sur le déconfinement éventuelle de la matière nucléaire. Plus de détails sur cette physique peuvent se trouver sur le site http://alice.web.cern.ch/Alice/html/challenge.