La chromodynamique quantique fait partie du modèle standard de la physique actuelle. Elle décrit l’interaction forte entre les quarks, particules élémentaires à l’origine du noyau atomique. La charge de l’interaction forte est la couleur et les quanta du rayonnement forte sont les gluons. Les quarks et gluons n’ont jamais été observés comme particules libres, car ils semblent piégés pour toujours à l’intérieur de particules très complexes appelées hadrons. C’est le confinement, qui reste à ce jour un problème non compris. Le proton et le neutron, briques du noyau atomique, sont des hadrons de trois quarks. La chromodynamique prédit depuis sa formulation pendant les années 70, que le déconfinement de quarks et de gluons devrait avoir lieu quand la matière est chauffée à quelques billions de degrés. C’était la température de l’Univers primordial quelques micro-sécondes après le Big Bang. Ce nouvel état de la matière est appelé le plasma de quarks et de gluons. Une autre façon de déconfiner la
matière serait de la comprimer à des pressions de l’ordre de un million de billions de billions d’atmosphères, des conditions qui règnent aujourd’hui au coeur des étoiles à neutrons. Aujourd’hui, les accélérateurs de particules sont devenus capables de collisionner des noyaux atomiques à des énergies ultra-relativistes en créant dans le laboratoire de petites gouttes de plasma de quarks et de gluons. Avec le collisionneur RHIC aux USA depuis l’an 2000 et avec le collisionneur LHC en Europe depuis 2010, les physiciens peuvent étudier le plasma de quarks et de gluons formé lors de ces entrechoques des noyaux atomiques comme l’or, le plomb ou l’uranium. Ces collisions ont lieu au coeur des grandes détecteurs capables d’étudier le plasma en mesurant de multiples sondes comme la composition des particules produites, l’écoulement elliptique, les particules de haute énergie, le jets, les saveurs lourdes, les quarkonia ou les photons. Actuellement les expériences du LHC préparent une amélioration ambitieuse de leur détecteurs pour les prochaines 10 années de prise des données. Au delà du plasma de quarks et de gluons, les collisions entre ions lourds nous permettent de produire des anti-noyaux et des anti-hyperon, et étonnament ils fournissent une des sources la plus intense des photons, permettant de mettre à l’épreuve le modèle
standard et d’étudier la matière nucléaire froide. Finalement, la détection via des ondes gravitationnelles de la fusion d’étoiles à neutrons et la mesure du rayonnement électromagnétique associé, a ouvert aujourd’hui une nouvelle méthode expérimentale pour étudier la matière hadronique.

 

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