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La “zuppa” primordiale rivela i segreti dell’universo

Il plasma di quark e gluoni che esisteva poco dopo il Big Bang è oggi ricreato negli acceleratori di particelle più potenti al mondo. Questi esperimenti non solo fanno luce su questo particolare stato della materia ma anche sulle leggi della fisica di base.
La “zuppa” primordiale rivela i segreti dell’universo
I cuori degli atomi che compongono la materia ordinaria sono costituiti da protoni e neutroni. Queste particelle subatomiche, a loro volta, sono costituite da quark incollati insieme da particelle dette gluoni. Tuttavia, poco dopo il Big Bang, l’universo era abbastanza caldo da tenere distanti i quark. Il risultato sarebbe stato un mix denso di quark e gluoni conosciuto come plasma di quark e gluoni.

Per ricreare condizioni simili a quei pochi milionesimi di secondo successivi al Big Bang, il Large Hadron Collider (LHC) in Europa e il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) negli Stati Uniti stanno sperimentando scontri frontali tra ioni pesanti. Analizzando i detriti lasciati alla fine di ogni scontro, i ricercatori finanziati dall’UE hanno acquisito preziose intuizioni relative al plasma di quark e gluoni.

Lo stato finale dei detriti ha rivelato le proprietà di trasporto del plasma di quark e gluoni e le prime fasi delle collisioni di ioni pesanti. I ricercatori hanno elaborato una mappa le quali proprietà specifiche dello stato iniziale determinano aspetti particolari delle particelle osservate. Il fatto di poter districare la geometria iniziale dal flusso anisotropo finale ha permesso l’ottenimento della viscosità di taglio e di volume del plasma di quark e gluoni.

Gli effetti della viscosità di volume solitamente interferiscono con quelli della viscosità di taglio, e ciò rende difficile determinare l’uno senza conoscere l’altro. La ricerca svolta, nell’ambito del progetto HICATLHC (Phenomenology of heavy ion collisions at RHIC and the LHC), ha rivelato differenze decisive che possono essere utilizzate per calcolare il loro valore effettivo in relazione al plasma di quark e gluoni, un liquido quasi perfetto.

Ci si aspettava che il plasma di quark e gluoni si comportasse più come un gas in cui i costituenti interagiscono debolmente a vicenda. Il fatto che questo si comporti più come un liquido suggerisce invece che suoi componenti interagiscono fortemente tra loro. Ciò è stato studiato mediante la simulazione di collisioni di ioni sempre più piccoli, e i risultati hanno fatto luce sul modo in cui viene creato il plasma di quark e gluoni.

Il principale punto di collisione di ioni pesanti è sempre stato quello di creare un sistema grande abbastanza da ottenere un equilibrio termodinamico. Solo se tale punto è soddisfatto i ricercatori possono studiare le proprietà di trasporto della materia nucleare alla rinfusa. Nelle simulazioni idrodinamiche di collisioni di nucleo-nucleo e nucleo-protone, è stato osservato quanto piccola potrebbe essere una goccia di plasma di quark e gluoni.

Gli aggiornamenti più recenti presso l’LHC e l’RHIC hanno esteso i tipi di particelle con cui si producono gli scontri, esteso la gamma di energie di funzionamento e migliorato la precisione dei loro rivelatori, e tutto ciò dovrebbe aiutare ad analizzare il plasma di quark e gluoni nel dettaglio. I dati, come i risultati HICATLHC suggeriscono, continueranno a sorprendere gli scienziati.

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Keywords

Universo primordiale, plasma di quark e gluoni, LHC, RHIC, collisioni di ioni pesanti, HICATLHC
Numero di registrazione: 182949 / Ultimo aggiornamento: 2016-06-29
Dominio: Tecnologie industriali