Imaginez l’univers à sa naissance, non pas comme un vide silencieux, mais comme un bouillonnement inimaginable de matière à une température de mille milliards de degrés. Dans ces premiers instants, la matière telle que nous la connaissons n’existait pas encore ; il régnait une « soupe » de particules élémentaires. Pendant longtemps, les physiciens se sont demandé si cette matière initiale se comportait comme un gaz chaotique ou comme un liquide. Grâce à une expérience de haute précision menée au CERN, la réponse vient d’être apportée par une analogie surprenante : celle d’un canard laissant un sillage sur un lac.

Une fenêtre sur les premières microsecondes de l’Univers

Pour comprendre nos origines, il faut remonter à l’époque où l’univers n’était qu’un plasma de quarks et de gluons. Ce mélange, qui n’a perduré que quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, s’est rapidement refroidi pour permettre à ces particules de fusionner et de former les protons et les neutrons qui constituent la matière actuelle.

Aujourd’hui, les scientifiques ne se contentent plus de théoriser cet état : ils le recréent. Au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, des physiciens propulsent des ions lourds à des vitesses proches de la lumière pour provoquer des collisions titanesques. Ces chocs libèrent brièvement des quarks et des gluons, reformant ainsi la matière exacte qui existait aux tout premiers instants de l’univers primordial. Ce plasma de quarks et de gluons (PQG) est considéré comme le premier liquide de l’histoire de l’univers, mais aussi le plus chaud, avec des températures estimées à plusieurs billions de degrés Celsius.

La preuve par le sillage

C’est au cœur de ce plasma brûlant qu’une équipe du MIT a fait une observation fondamentale. Dirigée par le professeur Yen-Jie Lee, l’équipe a détecté des signes clairs que les quarks, en traversant ce plasma à grande vitesse, créent des sillages similaires aux ondulations laissées par un canard sur l’eau.

Cette découverte est cruciale car elle met fin à un long débat scientifique : le plasma réagit-il au passage d’une particule ?. La réponse est oui. Les données montrent que ce milieu est incroyablement dense, capable de ralentir un quark et de générer des tourbillons et des éclaboussures. Cela confirme que le plasma de quarks et de gluons ne se comporte pas comme un ensemble de particules dispersées aléatoirement, mais bel et bien comme un fluide unique et « parfait », sans friction interne.

Crédit : Merrillie/istock

Le Boson Z comme balise de traçage

L’observation de ce phénomène a nécessité une ingéniosité technique remarquable. En temps normal, les collisions d’ions lourds produisent des paires quark-antiquark qui partent dans des directions opposées. Le problème est que le sillage de l’un masque souvent celui de l’autre, rendant l’analyse impossible.

Pour contourner cet obstacle, les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode de détection basées sur le « boson Z ». Lors de certaines collisions rares, un quark est éjecté dos à dos avec un boson Z. Contrairement au quark, le boson Z est une particule neutre qui n’interagit pas avec le plasma et ne crée aucune perturbation.

En isolant environ 2 000 événements spécifiques sur 13 milliards de collisions, les scientifiques ont utilisé le boson Z comme une « étiquette » pour localiser précisément le quark correspondant. Ils ont alors observé systématiquement une structure fluide tourbillonnante à l’opposé du boson Z, prouvant que le quark isolé créait bien un sillage en traversant la matière.

Ces résultats valident les modèles théoriques, notamment le modèle hybride prédit par le professeur Krishna Rajagopal, confirmant que cette « soupe primordiale » s’écoule et ondule comme un liquide. Cette percée offre désormais aux physiciens un outil pour étudier les propriétés de l’univers naissant avec une précision inédite.