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La physique de l’infiniment grand l’infiniment petit

Confinés dans les protons !

25 mars 2020

Ils sont enfermés dans un espace très réduit depuis des milliards d’années....La promiscuité, les quarks et les gluons, vus par François Arleo et le groupe QGP du LLR


Mon sujet de recherche porte sur le confinement. Certaines particules élémentaires, les quarks et les gluons, sont systématiquement confinées à l’intérieur de particules comme les protons et les neutrons, qui composent les noyaux des atomes. Leur domicile a ainsi une superficie d’environ 10-30 m2 (encore plus petit que les appartements parisiens), sachant en plus qu’ils sont nombreux là-dedans même si la plupart sont assez apathiques et sans beaucoup d’énergie. Toutefois, dans le grand accélérateur de particules du CERN, on en libère quelques centaines à chaque collision de noyaux d’atomes de plomb. Ils peuvent alors gambader librement pendant environ 10-22 seconde grand maximum, avant de retourner dans leur micro (plus exactement, femto) appartement. Au tout début de l’Univers, ils étaient pourtant libres. Hélas pour eux, le confinement a été décrété dès lors que l’Univers s’est refroidi à une température de deux mille milliards de degrés – une poignée de microsecondes après le Big Bang – pour une raison encore inconnue.


Au Laboratoire Leprince-Ringuet, je travaille au sein du groupe QGP, pour « Quark-Gluon Plasma », cet état de la matière déconfinée qui existait au début de l’Univers et qui est brièvement formé dans les premiers instants des collisions de noyaux de plomb produites dans le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Le groupe est composé de 11 chercheuses et chercheurs (étudiants en thèse, postdoctorants, permanents) de 6 nationalités différentes, appartenant aux collaborations CMS et LHCb. Afin de mieux comprendre ses caractéristiques fondamentales nous étudions diverses « sondes » du plasma, comme la propagation des quarks et gluons à travers la production de jets ou encore les phénomènes d’écrantage en mesurant la production d’états liés de quarks lourds. En plus de cette activité expérimentale, le groupe développe une activité théorique, qui permet de tisser un lien entre la théorie de l’interaction forte et les résultats du LHC.


Depuis que le confinement a été décrété en raison de la pandémie, nous nous sentons parfois comme les quarks et les gluons que l’on étudie. Nous avons l’habitude de collaborer à distance avec nos nombreux collègues de CMS et de LHCb par le biais de visio-conférences, en cela nous ne sommes pas tellement dépaysés et nous pouvons continuer de travailler presque normalement. En revanche, ce qui manque le plus ce sont les échanges spontanés et les discussions au tableau qui souvent permettent d’identifier un problème ou de le résoudre, ou encore qui favorisent l’émergence de nouvelles idées.

Le groupe QGP du LLR :

  • LHCb
    • Benjamin Audurier
    • Vladislav Balagura
    • Fréderic Fleuret
    • Felipe Garcia
    • Émilie Maurice
  • CMS
    • Batoul Biab
    • Guillaume Falmagne
    • Raphaël Granier de Cassagnac
    • Inna Kucher
    • Matthew Nguyen
  • Théorie
    • François Arleo

contact : Fréderic Fleuret (LHCb)
contact : Matthew Nguyen (CMS Ions Lourds)
contact : François Arleo (théorie)

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