L’Univers primitif était 250 000 fois plus chaud que le noyau de notre Soleil. C’est bien trop chaud pour former les protons et les neutrons qui constituent la matière de tous les jours. Les scientifiques recréent les conditions de l’Univers primitif dans des accélérateurs de particules en fracassant des atomes à une vitesse proche de celle de la lumière.
La mesure de la pluie de particules qui en résulte permet aux scientifiques de comprendre comment la matière s’est formée. Les particules mesurées par les scientifiques peuvent se former de diverses manières : à partir de la soupe initiale de quarks et de gluons ou à partir de réactions ultérieures.
Ces réactions ultérieures ont commencé 0,000001 seconde après le Big Bang, lorsque les particules composites constituées de quarks ont commencé à interagir les unes avec les autres.
Un nouveau calcul a déterminé que jusqu’à 70 % de certaines particules mesurées proviennent de ces réactions ultérieures, et non de réactions similaires à celles de l’univers primitif. publié dans le journal Lettres de physique B.
Cette découverte améliore la compréhension scientifique des origines de la matière. Elle permet de déterminer quelle quantité de matière qui nous entoure s’est formée dans les premières fractions de seconde après le Big Bang, par rapport à la quantité de matière issue de réactions ultérieures au cours de l’expansion de l’Univers.
Ce résultat implique que de grandes quantités de matière qui nous entoure se sont formées plus tard que prévu. Pour comprendre les résultats des expériences avec les collisionneurs, les scientifiques doivent ignorer les particules formées lors des réactions ultérieures.
Seules celles formées dans la soupe subatomique révèlent les conditions primitives de l’univers. Ce nouveau calcul montre que le nombre de particules mesurées formées lors de réactions est bien plus élevé que prévu.
Dans les années 1990, les physiciens ont réalisé que certaines particules se forment en nombre important à partir des réactions ultérieures suivant la phase initiale de formation de l’univers. Des particules appelées mésons D peuvent interagir pour former une particule rare, le charmonium.
Les scientifiques ne sont pas parvenus à un consensus sur l’importance de cet effet. Le charmonium étant rare, il est difficile à mesurer. Cependant, des expériences récentes fournissent des données sur la quantité de charmonium et de mésons D produits par les collisionneurs.
Les physiciens de l’Université de Yale et de l’Université Duke ont utilisé les nouvelles données pour calculer l’intensité de cet effet. Il s’avère qu’il est bien plus important que prévu. Plus de 70 % du charmonium mesuré pourrait se former lors de réactions.
En refroidissant, la soupe brûlante de particules subatomiques se dilate et forme une boule de feu. Tout cela se produit en moins d’un centième du temps qu’il faut à la lumière pour traverser un atome. Comme ce temps est si rapide, les scientifiques ne savent pas exactement comment la boule de feu se dilate.
Les nouveaux calculs montrent que les scientifiques n’ont pas absolument besoin de connaître les détails de cette expansion. Les collisions produisent de toute façon une quantité importante de charmonium. Ce nouveau résultat rapproche les scientifiques de la compréhension des origines de la matière.
Plus d’information:
Joseph Dominicus Lap et al., Régénération hadronique J/ψ dans les collisions Pb+Pb, Lettres de physique B (2023). DOI : 10.1016/j.physletb.2023.138246