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Le '''plasma de quarks et de gluons''', ou '''QGP''' (pour ''{{lang|en|Quark-Gluon Plasma}}'') est un [[phase (matière)|état]] de la matière qui existe à des [[température]]s et/ou des [[densité]]s extrêmement élevées<ref name=":0">{{Ouvrage|langue=|auteur1=fr|titre=Passeport pour les deux infinis. Vers l'infiniment petit.|lieu=Malakoff|éditeur=[[Éditions Dunod|Dunod]]|date=septembre 2016|pages totales=95|passage=Le plasma de quarks et de gluons, {{p. |20-21|lieu=|éditeur=Dunod|date=septembre 2016|pages totales=}}|isbn=978-2-10-075425-0|lire en ligne=}}.</ref>. Cet état consiste en une « soupe » de [[quark]]s et de [[gluon]]s (presque) libres. Elle diffère en cela des autres états de la matière, comme les [[étatÉtat solide|solides]], les [[liquide]]s ou les [[gaz]], dans lesquels les quarks et les gluons sont [[confinementConfinement de couleur|confinés]] dans les [[hadron]]s.

Le {{abréviation discrète|QGP|Quark-Gluon Plasma|en}} était sans doute présent dans l'[[univers]] durant les {{nombre|20 |à =30 |premières}} microsecondes après le {{lang|en|[[Big Bang]]}}. Aujourd'hui, des théories prédisent son existence au sein de certaines [[étoile]]s très denses, mais le seul moyen de l'étudier réellement est de « le fabriquer » artificiellement dans des [[accélérateurAccélérateur de particules|accélérateurs de particules]].

Si on remonte dans le temps, l'univers était chaud. Si la température est suffisamment élevée, le noyau des atomes se vaporise. AÀ ce stade, l'agitation thermique est supérieure aux forces de cohésion des noyaux, et l'on obtient un gaz de hadrons (autrement dit ce n'est pas un gaz de molécules ou d'atomes, mais un gaz avec des protons, des neutrons et autres particules constituées de quarks et/ou d'antiquarks). Avec une température encore plus élevée (typiquement au -dessus de mille milliards de degrés, environ cent mille fois la température au centre du Soleil<ref name=":0" />), les hadrons eux-mêmes se vaporisent.

=== [[Super Proton Synchrotron|SPS]] ===

La première création de plasma de quarks et de gluons fut annoncée en {{date-|février 2000}}.

Elle a eu lieu au [[Organisation européenne pour la recherche nucléaire|CERN]], en utilisant des noyaux de plomb accélérés à une énergie de {{nombre|33&nbsp;|T[[électron-volt|eV]]}} ({{nombre|158 |GeV}} par nucléon)<ref>http{{Lien web |langue=en |titre=Experiments with Lead projectiles of 33 TeV total energy at the CERN SPS and the status of the CERN SPS relativistic Heavy-Ion beam program. |url=https://na49info.web.cern.ch/na49info/Public/Press/general.html |site=na49info.web.cern.ch |consulté le=2022-02-07}}.</ref> par le [[Super Proton Synchrotron|Supersynchrotron à protons]] (SPS), puis projetés sur des cibles fixes. Les impacts amenèrent localement la matière à une température « {{formatnum:nombre|100000|fois}} fois supérieures à celle du cœur du Soleil<ref>soitSoit approximativement {{nombre|1500 |milliards}} de [[kelvin]]s, sachant que la température régnant au cœur du [[soleil]] est d’environ {{nombre|15 |millions}} de kelvins.</ref> » et avec des "« densités d’énergie" 20» {{nombre|20|fois}} plus grandes que celle du [[noyau atomique]]<ref>{{fr}} [http://public.web.cern.ch/Public/fr/Research/QGP-fr.html public.web.cern.ch ; La soupe primordiale].</ref>.

Ensuite, l’étude de ce plasma se poursuit au [[Laboratoire national de Brookhaven]], en particulier avec le [[Collisionneur d'ions lourds relativistes]] (RHIC ; ''{{lang|en|Relativistic Heavy Ion Collider}}'') construit dans ce but. Celui-ci peut accélérer deux faisceaux de noyaux lourds ([[cuivre]] ou [[or]]) en sens inverse, jusqu'à une énergie de {{nombre|100 |GeV}} par [[nucléon]]s<ref>{{en}} [http://www.agsrhichome.bnl.gov/RHIC/Runs/ ''{{lang|en|Run overview of the Relativistic Heavy Ion Collider}}''], consulté début {{date-|octobre 2009}}. À noter que le {{abréviation discrète|RHIC|Relativistic Heavy Ion Collider|en}} produit également des collisions entre protons (« pol. p-p ») pour d’autres expériences.</ref>, puis les fait entrer en collision frontale.

''À l'aide du [[collisionneur]] à [[ion]]s lourds du [[Laboratoire national de Brookhaven|laboratoire de Brookhaven]], des [[physicien]]s pensent avoir réussi à créer un plasma [[quark]]-[[gluon]]. L'équipe a créé ce [[État plasma|plasma]] en fracassant des [[noyauNoyau atomique|noyaux]] d'[[atome]]s d'[[or]] les uns sur les autres à des vitesses relativistes. L'explosion résultante des particules n'a duré que {{nombre|10^{{exp|-20 }}|[[secondeSeconde (temps)|seconde]]}}. En utilisant des collisions à grande vitesse entre des [[atome]]s d'[[or]], les scientifiques pensent avoir recréé une des formes les plus mystérieuses de la [[matière]] dans l'[[Univers]], le plasma quarks-gluons.''

''Le professeur de physique [[Daniel Cebra]] est l'un des chercheurs. Son rôle consistait à établir les dispositifs d'écoute électroniques qui collectent des informations sur les collisions, un travail qu'il a comparé à « dépanner {{formatnum:nombre|120000|systèmes}} systèmes stéréo ». Maintenant, en utilisant ces détecteurs, « nous analysons ce qui se produit réellement pendant la collision pour comprendre ce qu'est le plasma quarks-gluons », a-t-il indiqué. « Nous avons essayé de dissocier des neutrons et des protons, les constituants des noyaux atomiques, en leurs [[quark]]s et [[gluon]]s constitutifs », précise-t-il. « Nous avons eu besoin de beaucoup de [[Transfert thermique|chaleur]], de [[pression]] et d'[[énergie]], localisées dans un petit espace. »''

''Les scientifiques ont réalisé de bonnes conditions avec des collisions frontales entre les noyaux d'[[atome]]s d'[[or]]. Le plasma quarks-gluons résultant a subsisté pendant un temps extrêmement court, moins de {{nombre|10^{{exp|-20 }}|seconde}}, selon Cebra. Mais les collisions ont laissé des traces mesurables. « Notre travail est comme une reconstitution d'accidents », explique-t-il. « Nous voyons des fragments issus d'une collision, et nous remontons en arrière depuis ces éléments ».''

''On s'était attendu à ce que le plasma quarks-gluons se comporte comme un [[gaz]], mais les données indiquent davantage une substance se comportant comme un [[liquide]]. Le plasma est moins compressible que prévu, ce qui signifie qu'il peut être susceptible de supporter les pressions des noyaux d'[[étoile]]s très denses. « Quand une [[étoile à neutrons]] devient assez grande et assez dense, elle peut passer par une phase "« à quark" », ou bien elle peut juste s'effondrer en un [[trou noir]] », indique Cebra. « Pour supporter une étoile à quark, le plasma quarks-gluons aurait besoin d'être extrêmement rigide. Nous espérons qu'il existe des étoiles à quark, mais il sera difficile de les étudier. Si elles existent, elles doivent être infiniment lointaines ».''

La prochaine étape a démarré en 2010 avec des collisions de noyaux de plomb au [[Grand collisionneur de hadrons|{{lang|en|Large Hadron Collider}}]] (LHC), avec les expériences [[ALICE (expérience)|{{abréviation discrète|ALICE|A Large Ion Collider Experiment|en}}]], [[ATLAS_(détecteur)|{{abréviation discrète|ATLAS|A Toroidal LHC ApparatuS|en}}]] et [[Compact_Muon_SolenoidCMS (expérience)|{{abréviation discrète|CMS|Compact Muon Solenoid|en}}]].

Cette fois, les noyaux atteindront une énergie de {{nombre|2,.76 |TeV}} par nucléon avant d’entrer en collision<ref>{{fr}} [http://www.lhc-france.fr/?article7 {{abréviation discrète|LHC|Large Hadron Collider|en}} France > L’accélérateur > Deux accélérateurs en un].</ref>.

* [[ALICE (expérience)|Expérience {{abréviation discrète|ALICE|A Large Ion Collider Experiment|Expérience ALICEen}}]] au [[Grand collisionneur de hadrons|{{abréviation discrète|LHC|Large Hadron Collider|LHCen}}]]

* [[Chromodynamique quantique]] (QCD)