NUCLÉAIRE (PHYSIQUE)Faisceaux d'ions lourds

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Les faisceaux d'ions ultrarelativistes

Accélérer de plus en plus les particules élémentaires jusqu'à leur conférer des énergies gigantesques a été l'un des moteurs de la compréhension des interactions fondamentales. Jusque dans les années 1980, cette fièvre des hautes énergies n'avait pas atteint le domaine des faisceaux d'ions et les physiciens nucléaires n'étudiaient guère que les réactions dans lesquelles les énergies des faisceaux étaient au plus de l'ordre du GeV. Lorsqu'on a compris que la matière nucléaire était en fait dominée par les interactions entre quarks et gluons, champs élémentaires de la chromodynamique quantique, il est apparu évident que l'étude des noyaux ne serait pas complète tant qu'on la limiterait à des échanges d'énergie de l'ordre de la dizaine de MeV. En effet, une réaction avec un proton d'énergie de l'ordre du GeV ne permet pas d'échanger plus que quelques dizaines de MeV avec les constituants fondamentaux de la matière. Par ailleurs, la chromodynamique quantique prévoit l'existence de deux transitions de phase lorsque la température ou la densité de la matière nucléaire atteint des valeurs inaccessibles aux expériences effectuées avec les faisceaux d'ions lourds classiques. L'équation d'état de la matière nucléaire devient ainsi un enjeu primordial de la compréhension des interactions fondamentales.

La première transition de phase prédite signale le déconfinement des quarks et des gluons ; alors que, dans les conditions normales, les quarks et les gluons n'apparaissent pas comme des entités isolées, mais seulement comme des constituants liés à l'intérieur des hadrons (nucléons, mésons...), leur état privilégié à haute température ou pression serait débarrassé de cette contrainte et ils pourraient, comme les électrons, parcourir de longues distances sans se regrouper en hadrons. Ainsi, une étoile à neutrons dont le cœur est assez dense deviendrait une étoile à quarks, les neutrons étant dissous dans une « soupe » plus ou moins visqueuse de quarks et de gluons. Par référence à l'état de plasma élec [...]


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Modèle de la boule de feu

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  • : professeur émérite
  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Marc LEFORT, Bernard PIRE, « NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Faisceaux d'ions lourds », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 juillet 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-faisceaux-d-ions-lourds/