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Dessin d’artiste représentant le jet de particules résultant de la collision de deux atomes lourds. À mesure que la soupe subatomique chaude refroidit, les particules nouvellement formées tombent dans l’espace. Droits d’auteur : Joseph Domenicus Lapp, éditeur
Les scientifiques ont recréé les conditions extrêmes du premier univers dans des accélérateurs de particules, révélant ainsi des informations surprenantes sur la formation de la matière.
De nouveaux calculs montrent que jusqu’à 70 % de certaines particules peuvent provenir de réactions ultérieures plutôt que de la soupe initiale de quarks et de gluons formée immédiatement après la réaction. Grand coupCette découverte remet en question les hypothèses antérieures sur la chronologie de la formation de la matière et suggère qu’une grande partie de la matière qui nous entoure s’est formée plus tard que prévu. En comprenant ces processus, les scientifiques peuvent mieux interpréter les résultats des expériences de collision et améliorer leur connaissance des origines de l’univers.
Recréer les conditions difficiles qui régnaient au début de l’univers
La température du premier univers était 250 000 fois plus élevée que la température du noyau du soleil. C’est bien plus que les protons et les neutrons qui composent la matière que nous voyons dans notre vie quotidienne. Les scientifiques tentent de recréer les conditions qui prévalaient au début de l’univers dans les accélérateurs de particules en brisant les atomes les uns contre les autres à une vitesse proche de celle de la lumière. Mesurer la quantité de particules tombant sur l’univers permet aux scientifiques de comprendre comment se forme la matière.
Les particules que les scientifiques mesurent peuvent se former de différentes manières : à partir de la soupe originale de quarks et de gluons ou à partir d’interactions ultérieures. Ces interactions ultérieures ont commencé 0,000001 seconde après le Big Bang, lorsque des particules composites constituées de quarks ont commencé à interagir les unes avec les autres. Un nouveau calcul a révélé que jusqu’à 70 % de certaines des particules mesurées proviennent de ces interactions ultérieures, plutôt que d’interactions similaires à celles qui se sont produites dans l’univers primitif.
Comprendre les origines de la matière
Cette découverte améliore la compréhension scientifique des origines de la matière. Cela permet de déterminer la 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 formée à la suite d’interactions ultérieures au fur et à mesure de l’expansion de l’univers. Ce résultat indique qu’une grande partie de la matière qui nous entoure s’est formée plus tard que prévu.
Pour comprendre les résultats des expériences de collision, les scientifiques doivent exclure les particules formées lors d’interactions ultérieures. Seuls ceux formés dans la soupe subatomique révèlent les premières conditions de l’univers. Ce nouveau calcul montre que le nombre mesuré de particules formées dans les réactions est bien plus élevé que prévu.
L’importance des réactions ultérieures dans la formation des particules
Dans les années 1990, les physiciens ont réalisé que certaines particules se formaient en grand nombre à partir d’interactions ultérieures après la formation initiale de l’univers. Des particules appelées mésons D peuvent interagir pour former une particule rare, le carmonium. Les scientifiques ne s’accordent pas sur l’importance de cet effet. Le carmonium étant rare, il est difficile à mesurer.
Cependant, des expériences récentes fournissent des données sur le nombre de collisions produites par les mésons carmonium et D. Université de Yale L’Université Duke a utilisé les nouvelles données pour calculer la force de cet effet. Son importance s’est avérée bien plus grande que prévu. Plus de 70 % du carmonium mesuré peut être formé lors de réactions.
Implications pour comprendre les origines de la matière
À mesure que la soupe chaude de particules subatomiques refroidit, elle se transforme en une boule de feu. Tout cela se produit en moins d’un centième du temps nécessaire à la lumière pour traverser maïsComme elle est si rapide, les scientifiques ne savent pas exactement comment la boule de feu s’est développée.
Les nouveaux calculs montrent que les scientifiques n’ont pas nécessairement besoin de connaître les détails de cette expansion. Cependant, les collisions produisent une grande quantité de carmonium. Ce nouveau résultat rapproche les scientifiques de la compréhension des origines de la matière.
Référence : « J/ψ Hadron Regenration in Pb+Pb Collisions » par Josef Dominicus Lapp et Bernt Müller, 11 octobre 2023, Physique des lettres b.
est ce que je: 10.1016/j.physletb.2023.138246
Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie, programme de physique nucléaire. L’un des chercheurs exprime également ses remerciements pour l’hospitalité et le soutien financier apportés lors de son séjour à l’Université de Yale.