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Modification of Υ\Upsilon production in ppO and OO collisions at LHCb

La collaboration LHCb a mesuré la production de mésons Υ\Upsilon dans les collisions ppO et OO, trouvant que si les collisions ppO ne présentent qu'une légère suppression, les collisions OO présentent une suppression significative des états excités cohérente avec la formation d'un plasma quarks-gluons et des effets d'écrantage de couleur.

Auteurs originaux : LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S.
Publié 2026-08-04
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Auteurs originaux : LHCb collaboration, R. Aaij, M. Abdelfatah, A. S. W. Abdelmotteleb, C. Abellan Beteta, F. Abudinén, T. Ackernley, A. A. Adefisoye, B. Adeva, M. Adinolfi, P. Adlarson, C. Agapopoulou, C. A. Aidala, S. Akar, K. Akiba, H. Al Saleh, P. Albicocco, J. Albrecht, R. Aleksiejunas, F. Alessio, P. Alvarez Cartelle, S. Amato, J. L. Amey, Y. Amhis, Z. Amos, L. An, L. Anderlini, P. Andreola, M. Andreotti, S. Andres Estrada, A. Anelli, D. Ao, C. Arata, F. Archilli, Z. Areg, M. Argenton, S. Arguedas Cuendis, L. Arnone, M. Artuso, E. Aslanides, R. Ataíde Da Silva, M. Atzeni, B. Audurier, J. A. Authier, D. Bacher, I. Bachiller Perea, S. Bachmann, M. Bachmayer, J. J. Back, M. Bai, Z. B. Bai, V. Balagura, A. Balboni, W. Baldini, Z. Baldwin, L. Balzani, H. Bao, J. Baptista de Souza Leite, C. Barbero Pretel, M. Barbetti, I. R. Barbosa, W. Barker, R. J. Barlow, M. Barnyakov, S. Baron, S. Barsuk, W. Barter, J. Bartz, S. Bashir, B. Batsukh, P. B. Battista, A. Bavarchee, A. Bay, A. Beck, M. 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Curras Rivera, R. Currie, C. L. Da Silva, X. Dai, J. Dalseno, C. D'Ambrosio, G. Darze, A. Davidson, O. De Aguiar Francisco, C. De Angelis, F. De Benedetti, J. de Boer, K. De Bruyn, S. De Capua, M. De Cian, U. De Freitas Carneiro Da Graca, F. De Gregorio, E. De Lucia, J. M. De Miranda, L. De Paula, A. De Robertis, E. De Santis, M. De Serio, P. De Simone, F. De Vellis, J. A. de Vries, F. Debernardis, D. Decamp, S. Dekkers, L. Del Buono, B. Delaney, B. Demaire-Lepape, J. Deng, O. Deschamps, F. Dettori, B. Dey, P. Di Nezza, S. Ding, Y. Ding, L. Dittmann, J. F. Diverchy, A. D. Docheva, A. Doheny, C. Dong, F. Dordei, J. Dorta Moreno, A. C. dos Reis, J. Dos Santos Oliveira, A. D. Dowling, L. Dreyfus, W. Duan, P. Duda, L. Dufour, V. Duk, P. Durante, M. M. Duras, J. M. Durham, O. D. Durmus, K. Duwe, A. Dziurda, S. Easo, E. Eckstein, U. Egede, S. Eisenhardt, E. Ejopu, L. Eklund, M. Elashri, D. Elizondo Blanco, J. Ellbracht, S. Ely, A. Ene, T. Evans, F. Fabiano, S. Faghih, L. N. Falcao, B. 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Hunter, D. Hutchcroft, M. Idzik, P. Ilten, A. Iohner, S. Jacevicius, H. Jage, S. J. Jaimes Elles, S. Jakobsen, T. Jakoubek, E. Jans, A. Jawahery, C. Jayaweera, A. Jelavic, V. Jevtic, Z. Jia, E. Jiang, X. Jiang, Y. Jiang, Y. J. Jiang, E. Jimenez Moya, N. Jindal, M. John, A. John Rubesh Rajan, D. Johnson, C. R. Jones, S. Joshi, B. Jost, J. Juan Castella, N. Jurik, I. Juszczak, K. Kalecinska, D. Kaminaris, S. Kandybei, M. Kane, Y. Kang, C. Kar, M. Karacson, A. Kauniskangas, J. W. Kautz, M. K. Kazanecki, F. Keizer, M. Kenzie, T. Ketel, B. Khanji, S. Kholodenko, V. Kholoimov, G. Khreich, F. Kiraz, T. Kirn, V. S. Kirsebom, N. Kleijne, A. Kleimenova, D. Klekots, K. Klimaszewski, M. R. Kmiec, T. Knospe, R. Kolb, S. Koliiev, L. Kolk, A. Konoplyannikov, P. Kopciewicz, P. Koppenburg, A. Korchin, I. Kostiuk, O. Kot, S. Kotriakhova, E. Kowalczyk, O. Kravcov, M. Kreps, W. Krupa, W. Krzemien, O. Kshyvanskyi, S. Kubis, M. Kucharczyk, A. Kupsc, A. Kurzina, V. Kushnir, B. Kutsenko, J. Kvapil, I. 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Madurai, D. Magdalinski, J. J. Malczewski, S. Malde, L. Malentacca, G. Manca, C. Mancuso, R. Manera Escalero, A. Mangalasseri, F. M. Manganella, R. Mangrulkar, D. Manuzzi, S. Mao, D. Marangotto, J. F. Marchand, R. Marchevski, U. Marconi, L. Mareso, E. Mariani, S. Mariani, C. Marin Benito, J. Marks, A. M. Marshall, L. Martel, G. Martelli, G. Martellotti, L. Martinazzoli, M. Martinelli, C. Martinez, A. Martinez Armas, D. Martinez Gomez, D. Martinez Santos, F. Martinez Vidal, A. Martorell i Granollers, A. Massafferri, R. Matev, A. Mathad, C. Matteuzzi, K. R. Mattioli, L. Matzner, A. Mauri, E. Maurice, J. Mauricio, P. Mayencourt, J. Mazorra de Cos, M. Mazurek, D. Mazzanti Tarancon, M. McCann, N. T. McHugh, A. McNab, R. McNulty, B. Meadows, S. E. R. Medaer, D. Melnychuk, D. Mendoza Granada, P. Menendez Valdes Perez, F. M. Meng, M. Merk, A. Merli, L. Meyer Garcia, D. Miao, H. Miao, S. Mico, M. Mikhasenko, D. A. Milanes, A. Minotti, E. Minucci, B. Mitreska, D. S. Mitzel, R. Mocanu, A. Modak, L. Moeser, R. D. Moise, E. F. Molina Cardenas, T. Mombächer, M. Monk, T. Monnard, S. Monteil, A. Morcillo Gomez, G. Morello, M. J. Morello, M. P. Morgenthaler, A. Moro, J. Moron, W. Morren, A. B. Morris, A. G. Morris, R. Mountain, Z. Mu, N. Muangkod, E. Muhammad, F. Muheim, M. Mulder, K. Müller, F. Muñoz-Rojas, V. Mytrochenko, P. Naik, T. Nakada, R. Nandakumar, G. Napoletano, I. Nasteva, M. Needham, N. Neri, S. Neubert, N. Neufeld, J. Nicolini, D. Nicotra, E. M. Niel, L. Nisi, Q. Niu, B. K. Njoki, P. Nogarolli, P. Nogga, J. Nombela Royo, C. Normand, A. Novo Cal, J. Novoa Fernandez, G. Nowak, H. N. Nur, A. Oblakowska-Mucha, T. Oeser, O. Okhrimenko, R. Oldeman, F. Oliva, E. Olivart Pino, M. Olocco, R. H. O'Neil, J. S. Ordonez Soto, D. Osthues, J. M. Otalora Goicochea, P. Owen, A. Oyanguren, O. Ozcelik, F. Paciolla, A. Padee, K. O. Padeken, B. Pagare, T. Pajero, A. Palano, L. Palini, L. Palombini, M. Palutan, C. Pan, X. Pan, S. Panebianco, S. Paniskaki, L. Paolucci, A. 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Wang, H. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, J. Wang, M. Wang, N. W. Wang, X. Wang, X. Wang, X. Wang, X. W. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. Wang, Y. H. Wang, Z. Wang, Z. Wang, J. A. Ward, A. Wasili, M. Waterlaat, N. K. Watson, D. Websdale, Y. Wei, Z. Weida, J. Wendel, B. D. C. Westhenry, A. S. White, C. White, M. Whitehead, E. Whiter, A. R. Wiederhold, D. Wiedner, M. A. Wiegertjes, C. Wild, G. Wilkinson, M. K. Wilkinson, M. Williams, M. J. Williams, M. R. J. Williams, R. Williams, S. Williams, Z. Williams, F. F. Wilson, M. Winn, W. Wislicki, M. Witek, L. Witola, T. Wolf, E. Wood, G. Wormser, S. A. Wotton, H. Wu, J. Wu, T. Wu, X. Wu, Y. Wu, Z. Wu, K. Wyllie, S. Xian, Z. Xiang, Y. Xie, T. X. Xing, A. Xu, L. Xu, M. Xu, R. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, Z. Xu, S. Yadav, K. Yang, X. Yang, Y. Yang, Y. Yang, Z. Yang, Z. Yang, H. Yeung, H. Yin, X. Yin, C. Y. Yu, J. Yu, K. Yu, X. Yuan, Y Yuan, S. Zalambani, J. A. Zamora Saa, F. Zangari, M. Zavertyaev, M. Zdybal, F. Zenesini, C. Zeng, M. Zeng, S. H Zeng, C. 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Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète

Imaginez l'univers comme une cuisine cosmique géante où se déroulent les expériences culinaires les plus extrêmes. Dans cette cuisine, des scientifiques fracassent de minuscules particules à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. L'objectif ? Recréer les conditions qui existaient juste une fraction de seconde après le Big Bang, lorsque l'univers était si chaud et dense que la matière normale ne pouvait pas exister. Sous ces conditions brûlantes, les protons et les neutrons — les briques élémentaires des atomes — fondent pour devenir un mélange de leurs composants plus petits : un mélange de quarks et de gluons, soupe chaotique et bouillonnante. Cette soupe super chaude et super dense est appelée « plasma de quarks et de gluons » (QGP). Voyez cela comme une foule de personnes lors d'un concert, tellement serrée qu'on ne peut plus distinguer qui tient la main de qui ; tout le monde est libre de bouger de manière sauvage.

Pour étudier cette soupe, les physiciens utilisent des « thermomètres » spéciaux faits de particules lourdes appelées bottomonium. Ce sont comme de petits couples lourds (un quark bottom et son partenaire) qui, d'ordinaire, se tiennent très étroitement la main. Cependant, si vous les jetez dans la soupe chaude du QGP, la chaleur devient si intense qu'elle brise leur étreinte, séparant le couple. En observant combien de ces couples survivent au crash, les scientifiques peuvent déterminer à quel point la soupe est chaude et dense. Pendant longtemps, nous savions que cela se produisait lors de collisions massives, comme le choc de deux noyaux de plomb lourds. Mais une grande question demeurait : ce « bouillon » pourrait-il se former dans des collisions beaucoup plus petites, comme le fracas d'un seul proton contre un noyau, ou même de deux atomes d'oxygène légers ? Si cette « soupe » se forme dans ces systèmes minuscules, cela changerait notre compréhension de la façon dont l'univers se comporte à ses plus petites échelles.

Ce document, écrit par la collaboration LHCb du CERN, plonge précisément dans cette question. Ils ont analysé des données provenant de trois types différents de collisions de particules : proton-proton (la référence, comme deux boules de billard qui s'entrechoquent), proton-oxygène (un petit noyau frappé par un proton), et oxygène-oxygène (deux noyaux légers qui s'entrechoquent). Ils ont examiné spécifiquement les couples de « bottomonium » dans trois états d'excitation différents : l'état fondamental calme (Υ(1S)), un état légèrement excité (Υ(2S)), et un état hautement excité et vacillant (Υ(3S)). Les états excités sont comme des couples se tenant la main lâchement ; ils sont beaucoup plus faciles à séparer que les couples calmes.

L'équipe a mesuré la fréquence à laquelle ces couples excités survivaient par rapport aux couples calmes dans chaque type de collision. Dans les collisions proton-proton, le rapport entre les couples excités et les couples calmes était stable et correspondait à ce qu'ils avaient observé précédemment à d'autres énergies. Cela a servi de groupe de contrôle, montrant comment ces particules se comportent lorsqu'il n'y a pas de « soupe » pour les perturber.

Lorsqu'ils ont examiné les collisions proton-oxygène, ils ont trouvé un léger soupçon de problème. Les couples excités étaient légèrement plus difficiles à trouver que prévu, suggérant que le noyau d'oxygène pourrait causer des perturbations « froides » mineures (comme un couloir bondé qui vous bouscule), même sans la formation d'une soupe chaude. Cependant, les données n'étaient pas assez solides pour affirmer avec certitude qu'il s'agissait d'un effet réel ou d'un simple hasard statistique.

L'histoire réelle, cependant, est venue des collisions oxygène-oxygène. Ici, les résultats ont été spectaculaires. Les couples excités Υ(2S) ont été supprimés par un facteur d'environ deux — ce qui signifie que seulement la moitié d'entre eux ont survécu par rapport aux couples calmes. Les couples hautement excités Υ(3S) ont également montré des signes de suppression. C'est une différence massive par rapport aux résultats de proton-oxygène. Les auteurs expliquent que cette forte suppression est trop importante pour être causée uniquement par les effets « froids » du noyau ; elle indique la formation d'un plasma de quarks et de gluons chaud et déconfiné, même dans ce système de collision relativement petit.

Pour s'assurer qu'il ne s'agissait pas d'une erreur, les chercheurs ont comparé leurs découvertes à deux modèles informatiques avancés. Un modèle, le KSU-Munich, et un autre, le TAMU-NP, incluent tous deux la physique d'un plasma de quarks et de gluons. Les deux modèles ont prédit avec succès la forte suppression observée dans les données oxygène-oxygène. Le document conclut que, si le petit système proton-oxygène n'a montré qu'un murmure de changement, le système oxygène-oxygène a hurlé un signal clair : un plasma de quarks et de gluons est probablement en train de se former dans ces collisions plus petites, brisant les couples de quarks lourds excités tout comme il le fait dans les collisions massives de plomb. Cela suggère que la « soupe » de l'univers primitif pourrait être plus facile à créer dans des collisions plus petites et plus légères que ce que l'on pensait auparavant.

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