Les bottomoniums font de la résistance

La première mesure, par la collaboration ALICE, d'un flux elliptique pour les particules bottomoniums pourrait aider à expliquer l'Univers primordial.


Quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, l'Univers était si dense et chaud que les quarks et gluons qui constituent les protons, les neutrons et les autres hadrons flottaient librement dans ce qu'on appelle le plasma quarks-gluons. L'expérience ALICE auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) peut recréer ce plasma dans des collisions de haute énergie produites par des faisceaux d'ions lourds (ions plomb). Cependant, ALICE, de même que les autres expériences de collision capables de recréer le plasma, ne peuvent pas observer directement cet état de la matière. La présence et les propriétés du plasma ne peuvent être déduites que des signatures laissées sous la forme des particules produites dans les collisions.

Dans un nouvel article, présenté à la conférence sur la physique des hautes énergies de la Société européenne de physique, la collaboration ALICE a signalé la première mesure d'une signature de ce type - le flux elliptique - pour les particules upsilon produites dans des collisions plomb-plomb au LHC.

L'upsilon est une particule bottomonium, constituée d'un quark bottom (souvent appelé aussi beauté) et de son antiquark. Les bottomoniums et leurs équivalents charmés, les charmoniums, constituent d'excellentes sondes du plasma quarks-gluons. Ces particules sont créées dans les phases initiales d'une collision d'ions lourds et sont donc témoins de toute l'évolution du plasma, depuis le moment où celui-ci est produit jusqu'au moment où il se refroidit et aboutit à un un état dans lequel peuvent se former les hadrons.

Une indication que le plasma quarks-gluons est formé est le mouvement collectif, ou flux, des particules produites. Ce flux est généré par l'expansion du plasma chaud après la collision, et son ampleur dépend de plusieurs facteurs, en particulier le type de particule et sa masse, le caractère frontal ("central") ou non de la collision, et les impulsions des particules à angle droit de la ligne de faisceau. L'un des types de flux, appelé flux elliptique, est le résultat de la forme elliptique initiale des collisions non centrales.

Dans cette nouvelle étude, l'équipe d'ALICE a établi le flux elliptique des upsilons en observant les paires de muons (des cousins lourds de l'électron) qu'ils produisent en se désintégrant. Elle a pu déterminer que l'ampleur du flux elliptique des upsilons pour toute une gamme d'impulsions et de centralités de collisions est faible, ce qui fait des upsilons les premiers hadrons qui semblent ne pas présenter de flux elliptique significatif.

Les résultats sont conformes à la prédiction selon laquelle les upsilons sont pour l'essentiel divisés en leurs quarks constitutifs dès les premiers stades de leur interaction avec le plasma. Cette observation ouvre la voie à des mesures de haute précision s'appuyant sur les données du détecteur ALICE amélioré, qui sera capable d'enregistrer dix fois plus d'upsilons. Ces données pourraient aussi fournir quelques éléments d'explication concernant l'étrange histoire du flux de J/ψ. Le J/ψ, qui est une particule charmonium, plus légère, présente un flux plus élevé, et semble se reformer après avoir été divisé par le plasma.