Plasma de quarks et de gluons
Expérimentation en physique des particules : résultats récents

7.1 Introduction

Contrairement au vide de la physique classique qui est synonyme de néant ou de « rien », le vide de la théorie quantique des champs est doté d’une structure extrêmement riche et complexe qui sous-tend toute la physique (cf. § 2.8 de Particules élémentaires et interactions fondamentales).

Depuis Dirac, on sait que le vide est constitué de paires particules-antiparticules virtuelles d’énergie négative qui peuvent apparaître par fluctuation quantique ou lorsqu’elles sont excitées par une source extérieure (par exemple, un photon). Ainsi, dans le cadre de la théorie quantique de l’interaction forte, QCD, les paires quarks-antiquarks forment des condensats qui donnent au vide les propriétés d’un milieu qui modifie les caractéristiques des particules élémentaires le traversant. Au-delà d’une température de 170 MeV, appelée température critique T_c , et d’une certaine densité d’énergie critique (de l’ordre de 1 GeV/fm³), le condensat de paires quark-antiquark est dissous. Le nouvel état de la matière ainsi obtenu par cette transition de phase est appelé le plasma de quarks et de gluons (noté QGP). Le terme de plasma traduit le comportement collectif marqué de cette phase déconfinée. De manière générale, la matière hadronique constituée de quarks et de gluons peut être décrite, comme en thermodynamique, par une équation d’état et peut subir divers changements de phase dépendant des conditions de pression et de température auxquelles elle est soumise. Ainsi, une transition de type liquide-gaz, passage des nucléons aux noyaux, est observée pour des températures de 5 à 10 MeV et des densités 0,3 à 0,6 fois la densité de la matière...