Le Collisionneur d'Ions Lourds Relativistes Prend Sa Retraite : Rétrospective et Perspectives

29/03/2025 Physique

Après un quart de siècle à fracasser des noyaux d'or à des vitesses proches de celle de la lumière, le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) du Laboratoire national de Brookhaven achève ses recherches révolutionnaires. La 25e et dernière campagne de ce collisionneur marque la fin d'une ère, ouvrant la voie à sa transformation en collisionneur électron-ion (EIC).

Un héritage de recherche sur le plasma quarks-gluons

Tout au long de 2025, les physiciens du RHIC se concentreront sur la collecte de données complètes sur le plasma quarks-gluons, la soupe primordiale de particules qui existait dans l'enfance de l'univers. "L'objectif principal du RHIC était de recréer, pour la première fois sur Terre, le plasma quarks-gluons, un état de la matière présent quelques microsecondes après le Big Bang, et nous avons réussi", a expliqué James Dunlop, chef adjoint du département de physique nucléaire du Brookhaven Lab. "L'une des principales réalisations du RHIC est non seulement de créer le plasma quarks-gluons, mais aussi de découvrir que ses propriétés sont significativement différentes des prédictions initiales."

Dunlop a comparé la découverte au fait de constater que faire bouillir de l'eau donne une substance plus fluide que l'eau elle-même. Le plasma quarks-gluons se comporte comme le liquide le plus parfait connu.

Priorités de la dernière campagne

L'objectif principal de la dernière campagne est les collisions or-or à des énergies de 200 milliards d'électronvolts. Ces collisions se dérouleront jusqu'en juin, avec une pause pendant les chauds mois d'été de juillet et août. L'objectif est de recueillir des observations sur 10 milliards d'événements, selon Lijuan Ruan, co-porte-parole du détecteur STAR du collisionneur.

"Nous prévoyons également d'utiliser les déclencheurs de notre détecteur - des capteurs qui analysent les caractéristiques des collisions en temps réel - pour collecter un grand nombre d'événements enrichis en particules de haute énergie", a ajouté Ruan.

Collaboration et recherche future

Comme le Grand collisionneur de hadrons du CERN, le RHIC utilise plusieurs expériences pour extraire des données des collisions. Lors de sa dernière campagne, le détecteur sPHENIX du collisionneur vise à capturer des données d'environ 50 milliards d'événements de collision pour étudier le plasma quarks-gluons. Megan Connors, physicienne à l'université d'État de Géorgie et co-porte-parole de sPHENIX, a déclaré : "En combinant les mesures du RHIC avec des expériences à haute énergie au Grand collisionneur de hadrons, qui produit du QGP à des températures plus élevées, nous pouvons améliorer notre compréhension de la façon dont cette matière exotique se comporte lorsque sa température change."

Transition vers le collisionneur électron-ion (EIC)

Après la dernière campagne du RHIC, Brookhaven réutilisera le collisionneur en collisionneur électron-ion (EIC). Cette transition impliquera la réutilisation des composants existants et l'ajout de nouveaux pour accélérer les électrons. L'EIC sera chargé d'étudier la structure interne des noyaux atomiques, des protons et des neutrons, en mettant l'accent sur la force nucléaire forte qui lie les quarks.

"Du RHIC à l'EIC, les scientifiques cartographient la transition de la matière nucléaire d'un état chaud et dense, généré lors de collisions or-or, à l'utilisation d'électrons - les plus petits projectiles - pour sonder la matière nucléaire froide à l'EIC", a déclaré Jin Huang, co-porte-parole de sPHENIX.

Cette recherche fondamentale a des implications pour les projets de physique nucléaire et pour la compréhension de la soupe primordiale de particules qui existait au début de l'univers. Une telle recherche fondamentale est essentielle, à condition que les laboratoires scientifiques reçoivent des ressources adéquates.