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A-t-on des preuves de l’existence des particules élémentaires ?

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Nous avons la preuve expérimentale que ces particules élémentaires existent suite à des expérience réalisée avec des accélérateurs de particules et de bons détecteurs. Pour résumer, dans un accélérateur, on accélère des particules en utilisant des champs électriques et magnétiques, et les projette sur une cible. Les détecteurs entourant la cible enregistrent toutes les informations sur « l'événement ».

Depuis la fin du 20ème siècle, des physiciens ont mis évidence un nouvel état de la matière dans lequel, les quarks et les gluons, au lieu d’être confiné dans des particules plus complexes (comme des protons et des neutrons) sont déliés et se déplacent librement dans un « plasma de quarks-gluons ». Selon la théorie cet état a dû exister environ 10 microsecondes (10 ms = 10.10-6 s) après le Big Bang avant la formation de la matière telle que nous la connaissons aujourd’hui provoquée par un refroidissement de l’univers. La théorie estime que la formation des noyaux a eu lieu environ 3 minutes après le Big Bang , il y a de 12 à 15 milliards d'années. Selon nos connaissances actuelles, les quarks existent aujourd'hui uniquement sous forme d'amas qui constituent les hadrons, c'est-à-dire les particules qui subissent l'interaction forte, comme les protons ou les neutrons.

Etant donné que les quarks sont des particules que l’on ne les retrouve pas seuls, mais en duos et en trios. Pour que les quarks existent seuls, à l'état libre, ils doivent briser ce lien, ce qui exige des quantités phénoménales d'énergie.

Cette preuve expérimentale de l’existence des quarks et des gluons à eu lieu dans le cadre du programme des ions lourds du CERN (laboratoire européen pour la physique des particules) qui avait pour objectif de produire des collisions d’ions plomb. Les chercheurs ont atteint d’incroyables niveaux d'énergie en ionisant des atomes de plomb (masse atomique relative : 208) à de très hauts niveaux d'énergie (35 TeV (tera électron volt)) puis en les accélérant pour qu'ils entrent en collision à très haute vitesse. Ces conditions ont permis de recréer une Big Bang en miniature avec des températures énormes (100.000 fois celle qui règne au centre du soleil c’est à dire 170 à 180 MeV) et des densités d’énergie gigantesques (1 GeV/fm³) capables de vaincre les forces qui assurent la cohésion des quarks dans des particules plus complexes. En effet, dans de telles conditions l'atome de plomb se désintègre, les quarks et les gluons qui le composent se séparent (les gluons sont les médiateurs des interactions fortes), ce mélange de particules est un plasma quark-gluon.

Les chercheurs américains du RHIC, en banlieue de New York, se préparaient à faire une expérience semblable avec des atomes d'or. Et à l’époque, certains critiques craignaient que cette expérience ne produise ou trou noir qui aurait pu avaler toute la Terre en quelques minutes. Les scientifiques rejetèrent cette idée et les faits leur ont donné raison.

Actuellement, es chercheurs continuent leurs expériences avec le plasma quark-gluon. Car si l'existence de cet état de la matière est maintenant confirmée, ses propriétés restent encore mal connues et cela permettra de mieux comprendre comment l'univers a évolué vers son état actuel lors qu'il s'est refroidi.