I fisici del CERN affermano di essere riusciti a creare accidentalmente al Large Hadron Collider (LHC) un plasma di quark e gluoni, la questione del Big Bang. I risultati di questi esperimenti sono stati pubblicati sulla rivista Nature Physics.
“Siamo molto soddisfatti di questa scoperta. Abbiamo una nuova opportunità per studiare la materia nel suo stato primario. La capacità di studiare il plasma quark-gluone in condizioni più semplici e convenienti, come le collisioni di protoni, ci apre una dimensione completamente nuova su come possiamo studiare come si è comportato l'universo durante e prima del Big Bang , ha affermato Federico Antinori (Federcio Antinori), rappresentante ufficiale della collaborazione ALICE all'interno di LHC.
Il cosiddetto plasma quark-gluone, o "quagma", è materia, "smontata" in minuscole particelle - quark e gluoni, solitamente trattenuti all'interno di protoni, neutroni e altre particelle da forti interazioni nucleari. Per il "rilascio" di quark e gluoni, sono necessarie temperature ed energie gigantesche, che, come credono gli scienziati oggi, esistevano in natura solo al tempo del Big Bang.
Circa dieci anni fa, i fisici hanno scoperto che tali condizioni possono essere create facendo entrare in collisione ioni sufficientemente pesanti tra loro utilizzando potenti acceleratori di particelle. Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che il quagma non potesse essere ottenuto in altro modo, ma l'anno scorso hanno visto i primi segni che non era così quando hanno studiato i risultati degli ultimi esperimenti sul rivelatore CMS nell'LHC. Si è scoperto che la "materia primaria dell'Universo" è formata da collisioni di singoli protoni e ioni di piombo.
Antinori ei suoi colleghi hanno scoperto che una sorta di analogo del quagma si verifica anche quando i protoni entrano in collisione tra loro, studiando i dati raccolti dal rivelatore ALICE dopo aver riavviato l'LHC nell'aprile 2015 fino ai giorni nostri.
Protoni e neutroni sono costituiti da due tipi di particelle subatomiche: quark "down" (d) e "up" (u). Esistono altri quattro tipi di quark: adorabile (b), incantato (©), strano (s) e vero (t). Costituiscono la base di forme esotiche della materia e non esistono in natura in una forma stabile. Tutti questi quark, come dicono gli scienziati, possono formarsi solo in presenza di gluoni "liberi", all'interno di un plasma di quark-gluoni.
Come hanno dimostrato le osservazioni di ALICE, la collisione di protoni tra loro ha spesso portato alla comparsa di "nuvole" microscopiche di plasma di quark-gluoni - una "zuppa" di quark e gluoni da protoni distrutti, riscaldata a temperature inimmaginabilmente alte - circa quattro trilioni di gradi Celsius. Le sue tracce sotto forma di particelle contenenti i cosiddetti quark "strani" sono state rilevate dal rivelatore in grandi quantità.
È interessante notare che particelle con un gran numero di quark "strani" apparivano più spesso di altri prodotti di collisioni di protoni. Gli scienziati ritengono che questo indichi le circostanze insolite della loro nascita associate alle condizioni che regnavano all'interno del plasma di quark-gluone al momento della sua formazione.
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Questo, a loro avviso, suggerisce che le proprietà del "quagma" possono essere studiate utilizzando collisioni di protoni che sono "convenienti" per i fisici, piuttosto che ioni pesanti complessi, il che ci avvicinerà alla comprensione di come appariva l'Universo prima e durante il Big Bang.
