I fisici osservano le onde dei quark nella zuppa primordiale del Big Bang
- I fisici al CERN hanno scoperto onde di quark nella plasma quark-gluone
- Questa scoperta conferma le proprietà liquide del QGP
- Le ricerche possono aiutare a comprendere l'universo primordiale.
Scoperta della plasma quark-gluone
Nei primi momenti dell'esistenza dell'universo, la temperatura raggiungeva trilioni di gradi, creando un'intensa miscela di quark e gluoni. Queste particelle elementari si muovevano a quasi velocità della luce in uno stato di materia noto come plasma quark-gluone (QGP). Questo materiale primordiale esisteva solo per pochi milioni di miliardesimi di secondo, prima di raffreddarsi rapidamente, permettendo ai quark e ai gluoni di unirsi in protoni, neutroni e altre particelle che osserviamo oggi.
Esperimenti al CERN
Al CERN, presso il Grande Collisore di Adroni, i fisici ricreano la plasma di quark e gluoni per studiarne le proprietà. Attraverso la collisione di ioni pesanti a quasi velocità della luce, i ricercatori possono temporaneamente separare quark e gluoni, producendo piccole quantità di materia esistita nei primi microsecondi dopo il Big Bang. Il team del CERN, guidato da fisici del MIT, ha scoperto prove evidenti che i quark creano onde mentre si muovono attraverso questa plasma.
Onde di quark e il loro significato
Le osservazioni forniscono la prima prova diretta che la plasma di quark e gluoni reagisce a particelle in rapido movimento come un tutto unico, producendo onde e vortici. "È stato a lungo oggetto di discussione nel nostro campo se la plasma dovesse reagire ai quark," afferma Yen-Jie Lee, professore di fisica al MIT. "Ora vediamo che la plasma è incredibilmente densa e capace di rallentare i quark, creando esplosioni e vortici, come un liquido."
Metodi di ricerca
Li e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare queste onde di quark. Pianificano di utilizzare questa tecnica su dati aggiuntivi sugli scontri di particelle per cercare più esempi e studiarli più a fondo. Misurando quanto diventano grandi le onde, quanto velocemente si muovono e quanto a lungo persistono, gli scienziati possono determinare importanti proprietà della plasma quark-gluone.
Plasma quark-gluone come liquido ideale
Il plasma quark-gluone è considerato il primo liquido nell'universo e il liquido più caldo mai conosciuto, raggiungendo temperature di diversi trilioni di gradi Celsius. Gli scienziati descrivono anche il QGP come un liquido quasi "ideale", in cui singoli quark e gluoni si muovono insieme come un liquido eccezionalmente fluido con quasi zero attrito.
Modelli e teorie
La comprensione della plasma quark-gluone si basa su numerosi esperimenti e studi teorici. Uno dei modelli influenti è il modello ibrido sviluppato da Krishna Rajagopal e dai suoi colleghi, che prevede che la plasma quark-gluone debba comportarsi come un liquido quando particelle energetiche la attraversano.
Ricerca di prove
I fisici hanno cercato per anni prove di queste onde al Grande collisore di adroni e in altri acceleratori di particelle. In questi esperimenti, ioni pesanti, come il piombo, vengono accelerati a quasi la velocità della luce e si scontrano, creando minuscole gocce di materia primordiale che esistono normalmente per meno di un quadrilionesimo di secondo.
Nuova tecnica di rilevamento
In passato, la ricerca delle onde di quark si concentrava spesso su coppie composte da un quark e un antiquark. Tuttavia, Li e i suoi colleghi hanno capito che è più facile identificare un'onda da un singolo quark se non c'è un secondo quark che crea un disturbo sovrapposto. Hanno sviluppato una nuova tecnica che consente di vedere gli effetti di un quark nel QGP attraverso un'altra coppia di particelle.
Il ruolo dei bosoni Z
Invece di cercare coppie di quark e antiquark dopo le collisioni di ioni di piombo, i ricercatori hanno cercato eventi in cui un quark si muoveva attraverso la plasma in direzione quasi opposta al bosone Z. Il bosone Z è una particella elementare neutra che interagisce debolmente con il plasma circostante, rendendola utile come punto di controllo pulito.
Il futuro della ricerca
Con un nuovo metodo fisico, si spera di ottenere più dati sulla plasma di quark e gluoni e le sue proprietà. "Studiare come le onde di quark rimbalzano e interagiscono ci darà nuove idee sulle proprietà della plasma di quark e gluoni," afferma Li. Questa scoperta potrebbe avanzare significativamente la nostra comprensione dell'universo primordiale e della sua evoluzione.
Fonte: ScienceDaily
