Dans les anneaux souterrains du Grand collisionneur de hadrons, les physiciens du CERN ont fait entrer en collision des noyaux d'oxygène-16 et de néon-20 à des vitesses proches de celle de la lumière et ont obtenu la plus petite goutte de plasma de quarks et de gluons jamais créée en laboratoire.
Cette forme exotique de matière n'a existé dans l'Univers que quelques microsecondes après le Big Bang, lorsque la température était si élevée que les protons et les neutrons ne pouvaient pas encore se former, tandis que les quarks et les gluons se déplaçaient librement dans une « soupe » dense.
On pensait auparavant que des noyaux lourds comme le plomb ou le xénon étaient nécessaires pour reproduire un tel état, mais de nouvelles expériences ont montré que même des noyaux légers, dont la masse est inférieure au dixième de celle du plomb, sont capables d'engendrer un plasma qui, pendant une fraction de seconde, se comporte comme un liquide et s'étend collectivement.
La collaboration ATLAS a enregistré le « quenching des jets » caractéristique — les quarks de haute énergie perdaient une part importante de leur énergie en traversant le milieu, ce qui se manifestait par une asymétrie des impulsions transversales des particules et constituait une preuve directe de la formation du plasma.
Les scientifiques de l'Institut Niels Bohr ont reconstitué la forme initiale des noyaux à partir de la manière dont les particules se dispersent : les noyaux d'oxygène se sont révélés presque sphériques, tandis que ceux de néon étaient asymétriques, rappelant un cône ou une quille de bowling, comme l'ombre d'un objet invisible.
La méthode ouvre une nouvelle façon d'étudier la structure des noyaux et l'interaction forte aux énergies extrêmes, et de futures collisions avec des noyaux encore plus légers, par exemple l'hélium-4, aideront à déterminer la limite inférieure exacte à laquelle le plasma de quarks et de gluons peut apparaître.
Comprendre ces minuscules « petites explosions » nous rapproche de la résolution du mystère de la façon dont toute la matière visible des étoiles, des planètes et des organismes vivants a surgi du plasma primitif.
