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Le Bulletin du CERN
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Numéro 50-02/2011 - Lundi 13 décembre 2010
Version imprimable - Subscribe: Programme ions 2010 : terminé !
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Programme ions 2010 : terminé !
Après être passé très rapidement des protons aux ions plomb, le LHC a accompli des prouesses qui ont permis à la machine de dépasser d’un facteur trois les valeurs de luminosité de crête et de luminosité intégrée. Ainsi, les expériences ont pu produire presque immédiatement des résultats de grande qualité pour la physique avec ions, confirmant que le LHC a su tenir ses promesses aussi bien pour le programme ions que pour les protons. Les premières observations directes de l’étouffement des jets. Un séminaire qui s’est tenu le 2 décembre a été l’occasion pour les collaborations ALICE, ATLAS et CMS de présenter leurs premiers résultats sur la physique des ions devant un amphithéâtre plein à craquer. Ces résultats importants ont déjà un impact significatif sur notre compréhension des processus physiques auxquels participent les constituants de base de la matière aux hautes énergies. Dans les collisions ion-ion, la température est si élevée que les partons (les quarks et les gluons), qui sont habituellement confinés à l’intérieur du noyau, circulent librement pour former une « soupe » très dense et chaude qu’on appelle plasma quarks-gluons. De l'avis général, l'existence du plasma quarks-gluons a été établie, mais ses propriétés doivent encore être étudiées. Cet état de la matière a existé un millionième de seconde après le big bang. En l’étudiant, les scientifiques espèrent comprendre les procédés qui ont conduit à la formation des nucléons, qui ont ensuite formé le noyau des atomes. Lors du séminaire, ALICE, l’expérience du LHC dédiée aux ions lourds, a confirmé que le plasma quarks-gluons se comportait comme un liquide parfait, un phénomène observé auparavant par l’installation RHIC du laboratoire de Brookhaven aux États-Unis. Cette question constituait l’un des points principaux de cette première phase d’analyse des données, consacrée également à l’analyse de particules secondaires produites dans les collisions des ions plomb. Les résultats d’ALICE ont déjà invalidé beaucoup de modèles théoriques décrivant la physique des ions lourds. ATLAS et CMS ont présenté les premières observations directes de l’étouffement des jets, un phénomène que le RHIC avait détecté indirectement il y a quelques années. Les résultats d'ATLAS sont décrits dans un article publié le 13 décembre dans la revue Physical Review Letters. Les deux expériences ont montré un déséquilibre dans la répartition de l’énergie sur la paire de jets produits « dos à dos » (voir l’image ATLAS) dans les collisions dites « centrales ». La centralité est un paramètre qui indique le degré de chevauchement de deux ions au moment de la collision ; elle est minime si les ions se touchent à peine et maximale s’ils se frappent de plein fouet. Ce résultat fournit la première démonstration directe que, lorsque l’un des deux jets de particules traverse les zones les plus denses du plasma quarks-gluons, la totalité de son énergie est distribuée dans le milieu et le jet semble être totalement absorbé. L’observation de ce déséquilibre et l’étude de la distribution de l’énergie constituent de précieux outils pour étudier les propriétés du plasma quarks-gluons. Les expériences ATLAS et CMS ont également présenté les premières observations de la production de bosons Z dans les collisions d’ions lourds. En environ un mois d’exploitation en mode « ions », les expériences LHC ont pu également rassembler des preuves de la production de particules comme J/psi et Upsilon, ce qui est prometteur pour l’étude des propriétés de cette matière déconfinée. Dans l’avenir, ces résultats joueront un rôle important dans la compréhension du comportement du plasma quarks-gluons dans son ensemble. Les études sur la physique des ions lourds viennent à peine de commencer au LHC et beaucoup de nouveaux résultats devraient émerger de cette analyse des données, qui sera exécutée dans les semaines et mois à venir. Jusqu’ici, tous les détecteurs ont fonctionné de façon remarquable, les données étant recueillies avec une efficacité de 95%. Cette période d’exploitation avec ions lourds a donné lieu à plusieurs publications qui ne sont que le début de l’aventure des ions lourds au LHC. par CERN Bulletin
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