Au laboratoire de Brookhaven, sur Long Island, des physiciens ont enregistré un signal inattendu dans les données de collisions d'ions lourds. L'expérience STAR menée sur l'accélérateur RHIC a révélé une chute brutale des fluctuations de l'impulsion transversale des particules à une certaine énergie. Ce signal pourrait indiquer une transition de phase dans la matière nucléaire ultra-dense, semblable à celle qui s'est produite dans les premiers instants après le Big Bang.
Tout au début de l'Univers, l'espace était trop chaud et trop dense pour que des atomes puissent exister. Les protons et les neutrons n'avaient pas encore eu le temps de se former, et la matière était une « soupe » de quarks et de gluons s'écoulant librement — un plasma de quarks et de gluons. À mesure que le cosmos s'étendait, la température baissait, les gluons « collaient » les quarks en protons et en neutrons, et le plasma se transformait en matière nucléaire ordinaire. C'était une véritable transition de phase, semblable à la congélation de l'eau, mais à l'échelle des particules fondamentales.
L'accélérateur RHIC recrée ces conditions pendant une fraction de seconde, en propulsant des ions d'or presque à la vitesse de la lumière. Les nouvelles données de STAR ont mis en évidence un « creux » dans les oscillations de l'impulsion des particules, précisément dans la région d'énergie où l'on attend le point critique de la transition de phase. Les scientifiques y voient un indice possible que cette transition existe bel et bien et qu'elle dépend de la densité et de la température.
Cette découverte n'est pas importante que pour la cosmologie. Comprendre le comportement de la matière à des densités extrêmes aidera à élucider ce qui se passe à l'intérieur des étoiles à neutrons, où toute la masse de l'étoile est comprimée aux dimensions d'une petite ville. Cela détermine, par exemple, la vitesse du son dans leur cœur et le seuil d'effondrement en trou noir.
Cependant, le signal ne reste pour l'instant qu'une simple indication. D'autres explications le relient à une modification de la composition des particules selon les différentes énergies de collision. Les scientifiques prévoient d'analyser les données restantes du RHIC, qui a achevé son activité en 2026, afin de confirmer ou d'infirmer cette trouvaille.
Si le point critique est établi de manière fiable, cela ouvrira une nouvelle perspective sur l'évolution de la matière, depuis les premières microsecondes de l'Univers jusqu'aux objets les plus denses du cosmos.
