ALICE scrute l’exploitation plomb-proton

Collisions de protons avec des ions plomb dans le détecteur ALICE. Photo prise lors du galop d’essai de septembre 2012 (Image : CERN)

Dimanche après-midi, l’équipe chargée des contrôles pour le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a fait entrer en collision des protons avec des ions plomb pour la première exploitation pour la physique au LHC avec faisceaux de 2013. L’exploitation plomb-proton devrait se poursuivre jusqu’en février, date à laquelle le LHC sera mis à l’arrêt pendant deux ans.

Les expériences LHC ALICE, ATLAS, CMS et LHCb continuent leur prise de données. ALICE se concentre plus particulièrement sur les collisions d’ions lourds afin d’étudier les propriétés du mystérieux plasma de quarks et de gluons, l’état primordial de la matière qui aurait existé dans les premiers instants après le Big Bang, juste avant la transition de phase vers la matière faite de nucléons (protons et neutrons).

Habituellement, le LHC fait entrer en collision des protons ou des ions plomb. Pour étudier le plasma de quarks et de gluons, les physiciens doivent créer la matière à haute température qui se forme lors des collisions d’ions lourds. Grâce aux collisions plomb-plomb, les physiciens d’ALICE peuvent déduire certaines propriétés du plasma, par exemple à partir de ses effets sur les particules qui se déplacent à l’intérieur de ce plasma. Mais ils doivent également distinguer les effets dus au plasma chaud de ceux dus à la matière nucléaire froide qui constitue les noyaux de plomb.

Dans le cycle d’exploitation actuel, le LHC fait entrer en collision des protons avec des ions plomb, lesquels contiennent 208 nucléons. Comparer les résultats des collisions plomb-proton avec ceux des collisions plomb-plomb aidera les physiciens d’ALICE à distinguer les effets dus au plasma de ceux dus aux ions plomb dans leur état initial.

« L’exploitation plomb-proton nous aidera à comprendre la complexité des interactions plomb-plomb à bien des égards, explique Despina Hatzifotiadou, physicienne à ALICE. Il nous manque une pièce au puzzle : nous savons que les configurations des quarks et des gluons qui constituent les protons et les neutrons des noyaux de plomb incidents peuvent être quelque peu différentes de celles des quarks et des gluons qui constituent les protons incidents. Nous voulons déterminer si une partie des effets observés lorsque l'on compare les collisions plomb-plomb avec les collisions proton-proton est due à cette différence de configuration et non pas à la formation de plasma. Les collisions proton-plomb, où il n’y a normalement pas de formation de plasma de quarks et de gluons mais où il y a un noyau de plomb incident, sont parfaites pour cette étude. »

Pour Despina Hatzifotiadou, grâce aux données provenant des collisions plomb-proton, nous pourrons en définitive disposer d’un point de comparaison pour comprendre complètement les résultats sur les collisions plomb-plomb. Elles permettront de distinguer les effets dus à la matière nucléaire froide et nous éclaireront sur le plasma de quarks et de gluons », conclut-elle.