Depuis 25 ans, les scientifiques du Brookhaven National Laboratory aux États-Unis tentent de recréer un état de la matière disparu depuis près de 14 milliards d’années, juste après le Big Bang.
Pour y parvenir, ils ont fait s’entrechoquer des noyaux d’or à des vitesses folles. Mais 50 milliards d’atome d’or ca représente quel poids ? Une question qui trouve sa réponse avec un calcul autour de la masse atomique, mais patience nous y arrivons.
Un collisionneur pour recréer l’univers primordial
Le Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), mis en service en 2000 au Brookhaven National Laboratory, est l’un des rares accélérateurs de particules au monde capables de faire entrer en collision des noyaux d’atomes lourds. L’objectif est de reproduire des conditions de température et de densité équivalentes à celles de l’univers quelques microsecondes après le Big Bang. Cette expérience vise à mieux comprendre le comportement des particules fondamentales qui composent notre réalité.
Un état de matière unique : le plasma de quarks et de gluons
Au tout premier instant de l’univers, la matière telle que nous la connaissons n’existait pas encore. Les particules étaient piégées dans un état exotique appelé plasma de quarks et de gluons (QGP), où les constituants des protons et des neutrons étaient libres de se mouvoir. Cette soupe primordiale, ultra-dense et incandescente, s’est rapidement refroidie pour donner naissance à la matière ordinaire.
Des noyaux d’or propulsés à la vitesse de la lumière
Afin de recréer cet état originel, le RHIC a utilisé des noyaux d’or, choisis pour leur grande masse et leur nombre élevé de protons et de neutrons. Lors de chaque session, ces atomes ont été projetés à des vitesses proches de celle de la lumière, avant d’entrer en collision dans un anneau de stockage de 3,8 km de circonférence. Cette destruction massive a permis d’atteindre des températures de plusieurs 4 000 milliards de degrés Celsius, soit 250 000 fois plus chaud que le cœur du Soleil.
Des découvertes fascinantes sur l’origine de la matière
Grâce aux capteurs ultra-précis des détecteurs STAR et sPHENIX, les physiciens ont pu analyser les propriétés de ce plasma de quarks et de gluons. Parmi les découvertes majeures : la mise en évidence d’une fluidité quasi-parfaite du plasma, une étonnante viscosité proche de zéro et des interactions complexes entre les particules issues de la collision. Ces observations offrent un aperçu unique des lois fondamentales de la physique et remettent en question certains modèles théoriques.
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Une dernière campagne avant une transformation majeure
En 2025, le RHIC cédera la place à une nouvelle installation : le Collisionneur Électron-Ion (EIC). Ce nouvel accélérateur permettra d’explorer encore plus en profondeur la structure des protons et neutrons en les bombardant d’électrons. Il marquera ainsi une nouvelle étape dans la compréhension de la physique des particules.
Une dépense astronomique pour un retour scientifique inestimable
Les avancées réalisées grâce au RHIC bénéficient à de nombreux domaines scientifiques, de l’astrophysique à la physique quantique. Comprendre les premiers instants de l’univers, c’est déchiffrer les lois fondamentales qui gouvernent la matière et l’énergie.
Mais quelle quantité réelle d’or est utilisée ? En termes de masse, ces milliards d’atomes d’or dispersés lors des collisions représentent une quantité infime : 0,000000000016 g (soit à peine 16 picogrammes). À 90 € le gramme, cela correspond à une dépense négligeable (0,00000000144 €), surtout lorsqu’on la compare au coût d’un collisionneur (bien supérieur à 100 millions d’euros).
