Une découverte fascinante a été réalisée au Grand collisionneur de hadrons (LHC) : pour la première fois, des quarks top ont été observés lors de collisions de noyaux de plomb. Cette avancée majeure nous rapproche de la compréhension des tout premiers instants de l'Univers, lorsque la matière était agrégée sous forme d'une soupe de quarks et de gluons.

Le plasma de quarks et de gluons (QGP) représente un état primordial de la matière, formé sous extrêmes températures et densités. Alors que dans les conditions normales, les quarks sont confinés à l'intérieur des protons et neutrons, ce plasma permet leur libération temporaire. Les modèles cosmologiques indiquent que ce QGP aurait dominé l'Univers durant les toutes premières fractions de seconde après le Big Bang, d'où le terme de « soupe primordiale ».

Tous les types de quarks contribuent à la structure de la matière. Parmi eux, on trouve les quarks up et down, composant les protons et neutrons, et les quarks charm, étrange, bottom et top, qui n'apparaissent que dans des conditions énergétiques extrêmes. Une récente étude a même suggéré la présence d'un quark charm intrinsèque dans le proton, une théorie encore débattue au sein de la communauté scientifique.

Le quark top, le plus lourd de tous, est intrigant. Avec une masse comparable à celle de petites molécules comme la caféine, il se désintègre très rapidement, en seulement 5 x 10^-25 secondes, ce qui limite sa détection en conditions réelles. Traditionnellement, les scientifiques se questionnaient sur la possibilité d'une coexistence de toutes les saveurs de quarks dans la soupe primordiale, mais de nouvelles expériences indiquent que le QGP persiste un peu plus longtemps, jusqu'à 10^-23 secondes.

Cette fenêtre temporelle ouvre de nouvelles possibilités : les quarks top pourraient être utilisés comme marqueurs pour retracer l'évolution du plasma. Les chercheurs de la collaboration ATLAS ont observé pour la première fois la production de paires de quarks top à partir des traces laissées par leur désintégration dans une collision au LHC, atteignant une signification statistique de 5,03 sigma, dépassant le seuil requis pour valider l'observation.

« Cette observation renforce la preuve de la présence de toutes les saveurs de quarks dans le stade de pré-équilibre du plasma quark-gluon, semblable à celui de l'Univers primitif », déclarent les chercheurs. Ils ajoutent que ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour explorer davantage le plasma quark-gluon et la physique du début de l'univers, tout en offrant la possibilité d'explorer la distribution des forces des quarks à l'intérieur des protons et neutrons.

En somme, cette découverte des quarks top pourrait représenter un tournant décisif dans notre compréhension des fondamentaux de la physique des particules, tout en nous rapprochant un peu plus des secrets du Big Bang.