Une étude, dont les résultats intitulés «Measurement of Υ(1S) elliptic flow at forward rapidity in Pb-Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV» ont été soumis à la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf, rapporte la première mesure par la collaboration ALICE d'une signature dans un plasma quarks-gluons laissée par des particules produites dans les collisions (donnant un flux elliptique), en l'occurrence, il s'agit de particules upsilon produites dans des collisions plomb-plomb au LHC.

Rappelons tout d'abord que «quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, l'Univers était si dense et chaud que les quarks et gluons qui constituent les protons, les neutrons et les autres hadrons flottaient librement dans ce qu'on appelle un plasma quarks-gluons».

Pour sa part, l'expérience ALICE auprès du LHC «peut recréer ce plasma dans des collisions de haute énergie produites par des faisceaux d'ions lourds (ions plomb)». Cependant, comme «les autres expériences de collision capables de recréer le plasma», ALICE ne peut pas observer directement cet état de la matière: en fait, «la présence et les propriétés du plasma ne peuvent être déduites que des signatures laissées sous la forme des particules produites dans les collisions».

L'upsilon dont il est question ici «est une particule bottomonium, constituée d'un quark bottom (souvent appelé aussi beauté) et de son antiquark». Comme «les bottomoniums et leurs équivalents charmés, les charmoniums», sont «créées dans les phases initiales d'une collision d'ions lourds et sont donc témoins de toute l'évolution du plasma, depuis le moment où celui-ci est produit jusqu'au moment où il se refroidit et aboutit à un état dans lequel peuvent se former les hadrons», ces particules «constituent d'excellentes sondes du plasma quarks-gluons».

Le mouvement collectif, ou flux, des particules produites constitue «une indication que le plasma quarks-gluons est formé». L'ampleur de ce flux, qui «est généré par l'expansion du plasma chaud après la collision», dépend «de plusieurs facteurs, en particulier le type de particule et sa masse, le caractère frontal ('central') ou non de la collision, et les impulsions des particules à angle droit de la ligne de faisceau»: par exemple, «l'un des types de flux, appelé flux elliptique, est le résultat de la forme elliptique initiale des collisions non centrales».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a permis d'établir «le flux elliptique des upsilons en observant les paires de muons (des cousins lourds de l'électron) qu'ils produisent en se désintégrant». Elle a ainsi «pu déterminer que l'ampleur du flux elliptique des upsilons pour toute une gamme d'impulsions et de centralités de collisions est faible, ce qui fait des upsilons les premiers hadrons qui semblent ne pas présenter de flux elliptique significatif».

En fin de compte, «ces résultats sont conformes à la prédiction selon laquelle les upsilons sont pour l'essentiel divisés en leurs quarks constitutifs dès les premiers stades de leur interaction avec le plasma». Ce travail ouvre désormais «la voie à des mesures de haute précision s'appuyant sur les données du détecteur ALICE amélioré, qui sera capable d'enregistrer dix fois plus d'upsilons».

Remarquons, par ailleurs, que ces données pourraient en outre «fournir quelques éléments d'explication concernant l’étrange histoire du flux de J/ψ», une particule charmonium, plus légère, qui «présente un flux plus élevé, et semble se reformer après avoir été divisé par le plasma».