Quark Gluon Plasma
Introduction
Matter can be described as made of molecules being made of atoms, being made of a nucleus surrounded by electrons. Going inside the nucleus, another substructure can be found: the nucleons (proton or neutron). Finally the nucleon contains the quarks and the gluons. Quarks are confined in nucleons thanks to the strong interaction. This force results from the exchange of gluons. Contrary to others forces present in the nature, gluons themselves are sensitive to the force they carry. However, at extremely large energy-densities, quarks cannot any more be associated to a given nucleon. Quarks move freely in a large volume surrounded by others quarks, anti-quarks and gluons. This state is called a quark-gluon plasma (video) .
Phases of nuclear matter
Temperature and baryonic potential are the two parameters that control the phases of nuclear matter. In the primordial universe, the temperature was extremely high and a quark gluon plasma state may have been formed. Se refroidissant en suivant la courbe rose, les quarks se confinent dans les nucléons et les noyaux se forment.
La matière est fortement comprimée par la gravité dans le coeur des étoiles à neutrons. Les physiciens ont calculé que la densité de la matière pourrait y être dix fois plus grande que dans la matière qui nous entoure.
Dans une collision d’ions lourds au LHC, ces conditions extrêmes sont atteintes, mais pendant un laps de temps très bref.
QGP observables
Pour déceler la formation du plasma de quarks et de gluons, il faut collecter et analyser les milliers de particules émises, lors d’une collision entre ions lourds. Dans la formidable explosion que représente une collision, une grande quantité d’énergie est libérée et de nouvelles particules sont produites en très grand nombre. Le nombre et l’énergie des ces particules sont autant d’indices et de signaux qui nous permettront de savoir si le plasma a effectivement été produit. L’expérience ALICE est composée de plusieurs détecteurs dédiés à l’observation de divers types des particules et signaux. Quelques signatures du PQG possibles :
- La production de photons thermiques, créée dans le chaudron de la collision par fusion entre pairs des quarks et antiquarks
- L’abondance des quarks étranges : les quarks et gluons dans le plasma collisionnent fréquemment entre eux ce qui favorise la formation des quarks autre que ceux déjà présents.
- Modification du taux de production des mésons lourds : les paires de quarks lourds créées lors de la collision peuvent former un état lié de la famille du J/Psi ou du Upsilon. Les quarks lourds qui forment ces particules, sont fortement liés, et donc, en principe, peu affectés par le milieu nucléaire. Les mécanismes de production de ces particules en présence du PQG sont néanmoins très fortement affectés. Ces particules se désintègrent souvent en deux muons et le spectromètre à muons a pour but de les étudier.
