PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS

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LA CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE ET LES PHASES DE LA MATIÈRE ÉLÉMENTAIRE

La chromodynamique quantique décrit les forces nucléaires responsables de la cohésion des noyaux atomiques comme dues aux interactions entre quarks, antiquarks et gluons. Proposée au début des années 1970, cette théorie rend compte de nombreuses observations et mesures expérimentales et est maintenant considérée comme une pièce essentielle du modèle standard de l'Univers. Elle présente une caractéristique tout à fait surprenante : ses champs fondamentaux – quarks et gluons – ont la curieuse propriété de ne pas pouvoir être isolés ; ils restent confinés dans les protons, neutrons et autres hadrons. Pour qu'un assemblage de ces constituants élémentaires puisse atteindre un appareil de détection, il doit obéir à des règles extrêmement précises issues de la théorie des groupes. En termes imagés, on considère qu'un quark porte une des trois couleurs fondamentales, un antiquark une des trois couleurs complémentaires et un gluon une des huit combinaisons formées par leur appariement (en excluant la combinaison complètement symétrique). Dans cette terminologie, les hadrons, quant à eux, sont blancs.

De la même façon qu'un solide formé à partir de structures symétriquement ordonnées se transforme en liquide lorsqu'on augmente la température, des études théoriques ont montré qu'un ensemble de quarks et de gluons confinés en hadrons se transformerait en une phase déconfinée si la densité d'énergie était supérieure à une valeur critique environ dix fois supérieure à celle qui existe dans un noyau. Pour atteindre ce résultat, les théoriciens ont simulé sur ordinateur le comportement d'ensemble de particules élémentaires obéissant aux lois de la chromodynamique. Cela au prix d'une approximation osée, mais considérée comme raisonnable : remplacer l'espace-temps physique continu par un réseau discret de quelques milliers de points. Ils ont ainsi mis en évidence qu'à une certaine « température » un changement qualitatif apparaît : un plasma (parfois appelé q [...]

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Écrit par :

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

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « PLASMA DE QUARKS ET DE GLUONS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/plasma-de-quarks-et-de-gluons/