Dans le creuset ardent de l'univers primordial, quelques instants seulement après le Big Bang, la matière telle que nous la connaissons n'existait pas. Au lieu de cela, une « soupe » surchauffée de quarks et de gluons tourbillonnait, un état de la matière connu sous le nom de plasma quark-gluon.
Pour la première fois, des chercheurs ont modélisé avec précision cet état primordial, révélant un élément fondamental et longtemps insaisissable de l'histoire du cosmos. Cette percée, réalisée par une équipe de recherche italienne, offre un aperçu sans précédent de l'enfance de l'univers.
Le défi réside dans la force nucléaire forte, qui lie les quarks entre eux. Cette force est incroyablement intense et ne cède pas facilement aux équations standard. Pour surmonter cela, l'équipe a utilisé des simulations numériques avancées, en particulier la chromodynamique quantique sur réseau (QCD), combinée à la méthode de Monte Carlo.
Cette approche leur a permis de simuler des températures dépassant les 2 millions de milliards de degrés Kelvin, proches de la transition électrofaible. Le résultat est l'équation d'état la plus précise jamais obtenue pour le plasma quark-gluon, reliant les propriétés thermodynamiques fondamentales.
Étonnamment, même à ces températures extrêmes, les quarks et les gluons n'étaient pas libres. La force forte est restée dominante, plus tôt qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte affine notre compréhension de la naissance de la matière, des scénarios de formation des particules et de l'évolution des forces fondamentales.
Cette recherche souligne le potentiel des méthodes de calcul haute performance comme la QCD sur réseau. Ces outils seront cruciaux pour percer d'autres mystères de la physique fondamentale, tels que l'unification des forces et les instants qui ont suivi l'inflation cosmique. Comprendre les premières microsecondes de l'univers n'est pas seulement théorique ; il s'agit de comprendre les racines mêmes de l'existence.