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Heavy Ion Collisions at the LHC: Strong coupling techniques for high density QCD

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Algoritmi per la spiegazione della fisica delle particelle elementari

Secondo il Modello Standard della fisica delle particelle, l'universo è composto da 12 particelle elementari di materia e da 4 particelle di forza fondamentale. I ricercatori finanziati dall'UE hanno fornito interpretazioni teoriche di risultati sperimentali riguardanti collisioni ad alta energia con importanti implicazioni per la progettazione di futuri esperimenti che consentano l'osservazione degli stati estremi della materia, la cui esistenza è stata sino a oggi solo predetta ma non dimostrata.

La forza "forte" è il centro di una nuova fisica delle particelle, la cromodinamica quantistica (QCD), che descrive la sua interazione con la materia. In particolare, la QCD descrive le interazioni tra i quark (particelle di materia) e i gluoni (particelle di forza forte) che "incollano" le prime a formare i cosiddetti adroni come protoni e neutroni. I quark non sono mai stati osservati da soli e ciò suggerisce che quark e gluoni siano permanentemente confinati all'interno degli adroni. La QCD prevede che, a temperature molto alte, i due possano divenire deconfinati ed esistere in un nuovo stato della materia detto plasma di quark e gluoni (QGP). Gli esperimenti con ioni pesanti (utilizzando metalli pesanti) eseguiti presso il Large Hadron Collider (LHC), il più grande e più potente collisore per particelle mai costruito, sono concentrati sulla produzione e lo studio di questa fase estrema della materia. I ricercatori europei supportati dal finanziamento del progetto HICLHC ("Heavy ion collisions at the LHC: Strong coupling techniques for high density QCD") miravano a fornire un'interpretazione teorica dei risultati sperimentali. Gli scienziati hanno studiato le collisioni piombo-piombo presso l'LHC e le collisioni elettrone-protone, protone-protone e deuterio-oro presso di altri laboratori. Data la vasta natura degli esperimenti, i ricercatori sono stati in grado di fornire una descrizione generalizzata unificata e coerente dei fenomeni ad alta energia. I ricercatori si sono concentrati sul condensato di colore (CGC, colour glass condensate), uno stato estremo della materia che potrebbe costituire la base del QGP. Il team del progetto HICLHC ha fornito un'eccellente descrizione teorica dei risultati sperimentali di collisioni deuterio-oro con routine di facile utilizzo. Gli scienziati hanno unito gli strumenti teorici relativi al CGC a un trattamento Monte Carlo per modellare lo stato iniziale degli ioni pesanti in collisione. Le previsioni relative alle collisioni piombo-piombo erano in eccellente accordo con i risultati sperimentali ottenuti in seguito. I risultati del progetto HICLHC hanno fornito importanti strumenti di modellazione resi liberamente disponibili sul Web per la comunità degli studiosi che si dedicano agli ioni pesanti. Il team ha inoltre prodotto significativi risultati teoretici in relazione agli stati estremi della materia, che hanno confermato i risultati sperimentali e fornito una base per la previsione di futuri risultati e la progettazione di futuri esperimenti.

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