Une soupe nommée plasma quarks-gluons

g r a n d m a

Texte : François Arleo Illustrations : Roxane Arleo

François Arleo est chercheur en physique théorique au CNRS au sein du Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique Théoriquehttp://cern.ch/arleo

Roxane Arleo est illustratrice. Elle collabore avec des magazines tels que Le Monde de l’Éducation, L’Entreprise, L’École des Parents, Alternative Santé...http://rarleo.free.fr

Contact : physiquepourgrandma@gmail.com

Prologue

Ma grand-mère américaine Janet, 89 printemps, est débordante d’imagination. Dernier exemple en date, elle est convaincue que je travaille dans une cen-trale nucléaire. C’est certain. Mordicus. Dans un souci de rétablir la vérité, je lui ai expliqué que j’étudie plutôt la physique des particules, ce qui n’a rien à voir avec travailler dans une centrale. Dieu seul sait ce que je pourrais bien y faire ! Soyons clairs : il n’y a rien d’infamant à travailler dans une centrale, mais ce n’est pas mon métier. Tout bête-ment. Au fond, je suis convaincu qu’elle le sait : je soupçonne même qu’elle continue à raconter ça à tous ses nombreux amis plus pour me taquiner que par une mauvaise compréhension de sa part.

Tout de même, je réalise qu’il n’est pas si évident pour mes proches de savoir exactement ce que je fais pour gagner ma vie. Cela m’a d’ailleurs été confirmé l’autre jour quand, au cours d’une balade anodine, une des mes amies s’arrête net pour me poser la question fatidique: « Mais dis-moi, François, qu’est-ce que tu fais, au juste ?! ».

Dans ce qui suit, je vais donc essayer d’expliquer simplement et en quelques mots le thème principal de mes recherches qui répond au doux nom de « plasma de quarks et de gluons ». Ce petit texte a pour ambition de vous donner, comment dire… une saveur de ce qui se cache derrière ces mots étranges.

Des atomes, des protons et des quarks

Commençons avec un atome. C’est déjà très petit : à peu près 0.000 000 000 1 mètre. En d’autres termes, un milliard d’atomes posés côte-à-côte fe-raient 10 centimètres de long ! Bref, c’est petit. Tellement petit, d’ailleurs, que depuis l’Antiquité avec

Démocrite, l’homme a longtemps cru que l’atome était le constituant

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« ultime » de la matière. Or, nous sa-vons depuis les expériences conduites par Ernest Rutherford au début du XXe siècle (1909, soyons précis) que l’atome est en fait composé d’un petit noyau, dont la taille est environ... 100 000 fois plus petite que la taille de l’atome lui-même. Imaginez une lentille au milieu d’un terrain de football ! Ce qui rend l’atome aussi gros, par comparaison à la taille du noyau, provient en fait de particules qui circulent dans tous les sens autour de ce noyau : ce sont les électrons. Les physiciens, qui comme ma grand-mère ne manquent pas d’imagi-nation, appellent ce ballet ininterrompu le « nuage électronique » (ou aussi « cortège électronique »).

Maintenant, laissons un peu les électrons de côté et concentrons-nous sur le noyau lui-même. Il est composé d’au moins une particule, le proton, et d’éven-tuels neutrons. Les protons et