Archivi tag: gluoni

Plasma quark-gluoni, un nuovo metodo per lo studio del ‘jet-quenching’

Alcuni ricercatori del Berkeley Lab hanno trovato un modo per analizzare ancora più da vicino il cosiddetto plasma quark-gluoni, un tipo di materia esotica che si ritiene abbia caratterizzato lo stato fisico dell’Universo immediatamente dopo il Big Bang. Grazie ad una serie di verifiche, dopo aver combinato i dati ottenuti degli esperimenti di due acceleratori di alta energia, cioè il Relativistic Heavy-ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory a New York e il Large Hadron Collider (LHC) del CERN in Svizzera, gli scienziati hanno potuto affinare le misure che descrivono le proprietà di questa particolare miscela di materia primordiale costituita da particelle elementari. I risultati permettono di svelare nuovi aspetti del “fluido perfetto super caldo” e forniscono preziosi indizi sullo stato fisico dello spaziotempo qualche microsecondo dopo la nascita dell’Universo. Continua a leggere Plasma quark-gluoni, un nuovo metodo per lo studio del ‘jet-quenching’

Dalle nane bianche probabili indizi sulla ‘relazione’ bosone di Higgs-gravità

La scoperta del bosone di Higgs ha rappresentato un importante passo in avanti verso la comprensione del meccanismo mediante il quale le particelle acquisiscono la propria massa (post). Ora, dal momento che la massa è determinante per la gravità, la particella di Higgs potrebbe rivelarci preziosi indizi sulla natura stessa dell’interazione gravitazionale. In tal senso, è stata avanzata una ipotesi secondo la quale il campo di Higgs potrebbe accoppiarsi con una specifica curvatura dello spaziotempo, uno scenario che è stato preso in considerazione in varie estensioni del modello standard.

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Un potente test per verificare l’esistenza di altre forze della Natura

Secondo il modello standard, le particelle che mediano le quattro interazioni fondamentali sono i fotoni, i bosoni W e Z e i gluoni. Di recente, però, è emerso un nuovo interesse per quanto riguarda la possibile esistenza di una ‘nuova forza’ che, se confermata, potrebbe implicare una estensione del modello standard. Dal punto di vista puramente teorico, questa ‘quinta forza’ sarebbe mediata da un bosone di gauge denominato Z’, o “fotone scuro” proprio perchè l’interazione sarebbe difficile da rivelare, e influenzerebbe solamente neutrini e leptoni instabili. Continua a leggere Un potente test per verificare l’esistenza di altre forze della Natura

Le condizioni fisiche dell’Universo durante il ‘primo’ microsecondo

Grazie ad una serie di simulazioni che furono proposte inizialmente circa sette anni fa con un supercomputer, un gruppo di ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory hanno riprodotto le condizioni fisiche iniziali che hanno caratterizzato la nascita dell’Universo.

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Nuovi indizi sul processo di produzione dei fotoni nelle collisioni di alta energia

Sappiamo che il nucleo dell’atomo è composto da protoni e neutroni che, a loro volta, sono costituiti da particelle più elementari chiamate quark e gluoni. Osservare queste particelle elementari è alquanto complicato e allora i fisici utilizzano i grandi acceleratori per far scontrare gli atomi alla velocità della luce e vedere cosa accade durante le collisioni ad alta energia.

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Una teoria ‘rivoluzionaria’ sulla materia scura

Are Raklev. Credit: Yngve Vogt

Che l’Universo sia composto da circa il 23% di materia scura ormai lo sanno tutti. Ma nessuno sa ancora di che cosa consiste questa componente enigmatica. Oggi, però, alcuni fisici dell’Università di Oslo hanno lanciato una sfida per tentare di dare una spiegazione matematica alquanto difficile che potrebbe risolvere una volta per tutte questo enigma astrofisico.

Il mistero della materia scura dura ormai da circa 80 anni e, forse, la soluzione di questo enigma potrebbe essere proprio dietro l’angolo. “Siamo alla ricerca di un nuovo membro dello zoo di particelle per spiegare la materia scura. Siamo convinti che si tratti di una particella molto esotica. E, forse, abbiamo trovato una spiegazione plausibile”, spiega Are Raklev, un professore associato di fisica delle particelle del Dipartimento di Fisica dell’Università di Oslo. Raklev ha presentato un modello che tenta di spiegare ciò che potrebbe essere la materia scura. Anche se essa è invisibile, gli scienziati sanno che esiste. Infatti, senza questa componente sarebbe impossibile spiegare la formazione delle strutture cosmiche. “Anche se siamo in grado di determinare quanta materia scura esiste nell’Universo, sappiamo ancora molto poco sulla sua vera origine e natura. Le particelle di materia scura devono essere pesanti oppure ce ne devono essere in grande quantità. Tra le varie particelle candidate i neutrini hanno tutti i requisiti giusti ma la loro massa è troppo piccola“. Il lavoro di Raklev è quello di dimostrare che la materia scura sia costituita dal gravitino, un’ipotetica particella elementare, il cui partner supersimmetrico è il gravitone, che emergerebbe dalle teorie che tentano di unificare la relatività generale e la supersimmetria. “Il gravitino è l’ipotetica particella il cui partner supersimmetrico è il gravitone, anch’esso una particella ipotetica” spiega Raklev.

Dunque, per capire meglio le ragioni per cui Raklev ritiene che la materia scura sia composta da gravitini, dobbiamo fare alcune considerazioni:

1 : Uno degli obiettivi dei fisici è quello di scoprire se la natura è supersimmetrica, cioè se esiste una simmetria tra particelle e interazioni fondamentali. Per ogni tipo di elettrone e quark corrisponde un partner supersimmetrico, più pesante. Si ritiene che le particelle supersimmetriche siano state create subito dopo il Big Bang. Se alcune di loro sono sopravvissute fino ad oggi, forse potrebbero costituire la materia scura. Il partner supersimmetrico del gravitino è il gravitone. “Un gravitone è la particella che media la forza di gravità, proprio come il fotone, la particella di luce, media la forza elettromagnetica. Mentre i gravitoni non hanno massa, i gravitini possono essere molto pesanti. Dunque se la natura è supersimmetrica e i gravitoni esistono, allora anche i gravitini devono esistere e viceversa. Questa è matematica pura”. Ma c’è un problema. I fisici non possono dimostrare la relazione tra gravitoni e gravitini prima che non siano state unificate tutte le forze della natura.

2 : Un altro obiettivo di fondamentale importanza è quello di unificare tutte le forze della natura in un’unica teoria. Verso la metà del secolo scorso i fisici scoprirono che l’elettricità e il magnetismo erano due aspetti diversi della stessa interazione che fu successivamente chiamata elettromagnetismo. Esistono poi altre due interazioni, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole. La forza nucleare debole è associata alla radioattività. La forza nucleare forte, che è circa dieci miliardi di volte più intensa, lega insieme protoni e neutroni. Durante gli anni ’70, l’elettromagnetismo entrò nel quadro del modello standard assieme alle altre due forze, nucleare forte e nucleare deboli. La quarta forza fondamentale della natura è la gravità. Si tratta dell’interazione più debole in termini di intensità che i fisici non sono ancora in grado di unificare con le altre tre forze della natura. Oggi, i teorici sono impegnati a formulare una teoria che un giorno, si spera, permetterà di descrivere tutte le interazioni fondamentali tra le particelle elementari. I fisici chiamano questa teoria la “teoria del tutto”. “Al fine di unificare la forza gravitazionale con le altre tre forze della natura, dobbiamo descrivere la gravità su scale subatomiche. Ciò significa che abbiamo bisogno di una teoria in cui sia incluso anche il gravitone“.

Per dirla in breve, lo studio della materia scura è molto complicato e uno dei motivi principali è che essa non interagisce dal punto di vista elettromagnetico con le particelle terrestri. Abbiamo detto che una particella candidata è il neutrino. Forse, i neutrini costituiscono solo una parte infinitesimale della materia scura. Sappiamo che diversi miliardi di neutrini attraverso il nostro corpo ogni secondo. Tuttavia, la loro velocità è piuttosto limitata. Di fatto, queste particelle elusive si muovono così lentamente come la velocità con cui il Sistema Solare orbita attorno alla Via Lattea, circa 400 chilometri al secondo. “Quando non ci sono interazioni con le particelle elettromagnetiche visibili, i neutrini possono attraversare il nostro corpo senza che nessun strumento li riveli. Qui è proprio dove entra in gioco la supersimmetria. Se la teoria è corretta, allora i fisici potranno spiegare perché vi è materia scura nell’Universo. E questa è la parte divertente del mio lavoro”, afferma Raklev. “La supersimmetria semplifica tutto. Se un giorno sarà possibile unificare le quattro forze della natura, allora i gravitini dovranno far parte dello zoo delle particelle“. I gravitini si sarebbero formati subito dopo il Big Bang. “Subito dopo il Big Bang si è originata una ‘zuppa di particelle’ che erano continuamente in collisione. I gluoni, le particelle che mediano la forza nucleare forte, entrarono in collisione con altri gluoni per produrre gravitini. Perciò molti gravitini si sarebbero formati dopo il Big Bang mentre l’Universo si trovava ancora in uno stato di plasma. Dunque abbiamo una spiegazione del perché esistono i gravitini“.

Tuttavia, i fisici hanno visto i gravitini come un problema teorico. Essi ritengono che la teoria della supersimmetria non funziona perché ci sono troppi gravitini. “I fisici hanno quindi cercato di eliminare i gravitini dai loro modelli. Noi, invece, abbiamo trovato una nuova spiegazione che unifica la supersimmetria con la materia scura costituita di gravitini. Se la materia scura non è stabile, ma esiste da lungo tempo, c’è un modo di spiegare perchè la materia scura consista di gravitini“. Negli altri modelli, la materia scura viene considerata sempre eterna. Questo significa che i gravitini rappresentano una parte problematica della supersimmetria. Nel modello di Raklev, i gravitini non durano in eterno e la loro vita media è molto lunga, addirittura più lunga dell’età dell’Universo. Tuttavia, vi è una notevole differenza tra una vita senza fine e una età superiore a 14 miliardi di anni. Se il tempo di vita è lungo ma limitato, i gravitini possono trasformarsi in altre particelle. È proprio questo effetto di trasformazione che può essere misurato per  spiegare così il modello. “Noi siamo convinti che quasi tutta la materia scura sia composta da gravitini e la spiegazione di ciò si basa su una formulazione matematica molto complessa. Stiamo sviluppando modelli speciali che consentano di prevedere in che modo queste particelle possano essere osservate negli esperimenti“.

I ricercatori stanno cercando di verificare sperimentalmente l’esistenza di queste particelle ed è questo il motivo per cui i gravitini non stati ancora rivelati al CERN. “Forse, potrebbero essere osservati nello spazio“, spiega Raklev. Il modo più semplice per rivelare i gravitini potrebbe essere quello di studiare cosa succede quando due particelle collidono nell’Universo e vengono trasformate in altre particelle sottoforma di fotoni o antimateria. Anche se le collisioni avvengono molto raramente, c’è ancora tanta materia scura nello spazio per cui ci aspettiamo che venga prodotto un numero significativo di fotoni. Il problema principale è che i gravitini non interagiscono. Ma c’è una speranza. “Fortunatamente per noi, i gravitini non sono al cento per cento stabili. Ad un certo punto, essi vengono trasformati in qualcosa d’altro. Oggi siamo in grado di prevedere come può apparire il segnale una volta che i gravitini siano stati trasformati in altre particelle. Questo processo di conversione causerà l’emissione di un’onda elettromagnetica, cioè raggi gamma“. Attualmente, il telescopio spaziale Fermi sta misurando i raggi gamma associati alle sorgenti di alta energia. “Finora abbiamo visto solo il rumore. Ma alcuni ricercatori affermano di aver osservato un piccolo eccesso  di raggi gamma sospetto proveniente dal centro della nostra galassia. Forse, i loro dati potrebbero descrivere bene il nostro modello”, conclude Raklev.

University of Oslo press release: Revolutionary theory of dark matter

arXiv: Cosmic Ray Signatures from Decaying Gravitino Dark Matter

arXiv: Photon, Neutrino and Charged Particle Spectra from R-violating Gravitino Decays

arXiv: Constraining the MSSM with Dark Matter indirect detection data

arXiv: Massive Metastable Charged (S)Particles at the LHC

arXiv: Physics Beyond the Standard Model: Supersymmetry

L’isotopo più importante per l’origine della vita

E’ a tutti noto che sin dalla sua nascita, l’Universo si sta espandendo e continua ad evolversi formando strutture sempre più complesse a partire dalle particelle elementari. Oggi, un gruppo di fisici teorici hanno ottenuto nuovi indizi in merito ad una reazione nucleare che risulta di fondamentale importanza per l’origine della vita come noi la conosciamo.

Noto come processo 3-alpha, questa reazione nucleare è responsabile dell’abbondanza dell’elemento carbonio presente nell’Universo. Per diversi anni, il meccanismo fisico mediante il quale le stelle emettono luce è stato compreso attraverso un processo a due fasi. Di recente, alcuni fisici hanno rivisto questo processo per analizzare il meccanismo più da vicino dietro il quale si cela la presenza dell’isotopo più importante per la vita: il carbonio-12. In particolare, gli scienziati si sono trovati ad affrontare un problema relativo al tasso di produzione del carbonio-12 a basse temperature. I calcoli che sono stati ottenuti in precedenza dal gruppo di ricercatori guidato da Kazuyuki Ogata, un professore di fisica nucleare della Kyushu University in Fukuoka nel Giappone, indicano che le stelle evolvono così rapidamente che non riescono a raggiungere la fase di gigante rossa. Ma questo, di fatto, non è vero in quanto lo spazio è pieno di numerosissime stelle che si trovano in questa fase avanzata dell’evoluzione stellare. Dunque c’è un problema probabilmente associato ai metodi utilizzati. Sappiamo che il carbonio è il quarto elemento più abbondante nell’Universo e l’isotopo carbonio-12 è la sua forma più comune. Caratterizzato da 6 protoni e 6 neutroni, questo nucleo molto semplice rappresenta la base di tutta la vita, almeno come noi la conosciamo. Tuttavia, i processi che determinano la formazione di questo isotopo e la sua abbondanza non sono così semplici. Di fatto, una frazione di secondo dopo il Big Bang, i quark e i gluoni si unirono per formare protoni e neutroni. Appena tre minuti più tardi, apparvero i primi nuclei di idrogeno e di elio. Ma deve passare almeno un milione di anni prima che gli elettroni formino atomi neutri e circa duecento milioni di anni affinchè appaiano le prime stelle. All’interno del calderone stellare, i protoni iniziarono a combinarsi in nuclei di elio attraverso una sequenza di reazioni nucleari. Dopo, però, tali processi nucleari ebbero un periodo di arresto. Ad esempio, se aggiungiamo un singolo protone all’atomo di elio, otteniamo litio-5, un isotopo che non esiste in natura. Se due nuclei di elio fondono, si ottiene berillio-8, un altro nucleo che non esiste in accordo alle leggi della fisica nucleare. Chiaramente, le stelle continuarono la loro evoluzione, creando tutti gli elementi possibili che vediamo oggi. Ma allora la domanda è: come è possibile? Questo puzzle ha tenuto impegnati gli scienziati per diversi anni perché se non siamo in grado di spiegare l’abbondanza di carbonio-12, diventa quasi impossibile spiegare come si sia formato l’Universo. La risposta deriva dalla reazione 3-alpha che coinvolge tre nuclei di elio. Nonostante il berillio-8 decada dopo qualche nanosecondo, nel caso in cui la stella sia abbastanza calda, una terza particella alpha si fonde con questo isotopo. E dato che l’energia di un nucleo di berillio-8 sommata all’energia di una particella alpha è quasi equivalente a quella dell’isotopo di carbonio-12, si crea una risonanza del processo nucleare che causa un incremento al tasso di produzione del carbonio-12. Tuttavia, c’è un altro modo per cui le stelle sono in grado di produrre carbonio-12. A basse temperature, quando l’energia non è ancora sufficiente per dar luogo al processo di risonanza, l’isotopo carbonio-12 può essere prodotto attraverso la fusione simultanea di tre particelle alpha. Il gruppo di Kyushu è stato così in grado di ottenere previsioni teoriche più adeguate del tasso di produzione del carbonio-12 che sono in accordo con i modelli precedenti nel caso di temperature elevate. A temperature più basse, i loro risultati suggeriscono un incremento del tasso di produzione del carbonio-12 pari a circa 10 trilioni di volte maggiore rispetto alle stime precedenti. Insomma, i nuovi calcoli permettono ancora l’esistenza delle stelle giganti che sono quindi salve. Ora si spera che in futuro queste previsioni possano fornire nuovi scenari che riguardano alcuni problemi astrofisici ancora irrisolti e che riguardano le stelle novae e le supernovae.

ArXiv: Low-Temperature Triple-Alpha Rate in a Full Three-Body Nuclear Model

L’origine della massa ‘visibile’: la connessione quark-gluoni

Dopo i recenti fatti accaduti al CERN e quello che hanno scritto i media e i blog scientifici possiamo senz’altro affermare che sappiamo ormai tutto su come si origina la massa delle particelle. Infatti, i fisici che lavorano agli esperimenti di LHC hanno presentato i risultati degli esperimenti degli ultimi due anni che suggeriscono l’esistenza di una particella che ha tutte le caratteristiche consistenti con il bosone di Higgs, responsabile del meccanismo che dà origine alla massa (vedasi questo post). Ora, mentre il bosone di Higgs può essere responsabile della massa di alcune particelle fondamentali, i quark presi da soli non tengono conto della maggior parte della materia visibile nell’Universo.

Per capire cosa tiene insieme queste forme visibili della materia, dalle stelle ai pianeti fino agli esseri umani, dobbiamo capire come interagiscono i quark e i gluoni. Si tratta del tema principale che è stato di recente presentato al congresso Quark Matter 2012. “Stiamo studiando il 99% della massa visibile nell’Universo e che non è spiegata dal bosone di Higgs” spiega Peter Steinberg del Department of Energy’s presso il Brookhaven National Laboratory. La materia visibile è composta da atomi la cui massa deriva dai protoni e dai neutroni che costituiscono il nucleo atomico. Gli elettroni che orbitano attorno al nucleo non contribuiscono praticamente a nulla. I protoni assieme ai neutroni sono composti da una tripletta di quark e sono molto più massicci rispetto alla somma delle masse dei singoli costituenti. Ma allora da dove proviene tutto questo eccesso di massa? I fisici credono che la risposta sia data dal modo con cui i quark interagiscono attraverso i gluoni, particelle senza massa che tengono insieme i quark attraverso la forza nucleare forte. Per capirne di più, i fisici devono creare le condizioni estreme che erano presenti durante le fasi iniziali della storia dell’Universo attraverso la collisione di particelle ad alta energia in modo da osservare i quark allo stato libero prima che essi possano unirsi per formare protoni e neutroni. Studiare così il comportamento dei quark “liberi” e dei gluoni nel cosiddetto plasma quark-gluoni permette agli scienziati di avere maggiori informazioni sulla natura della forza nucleare forte e come essa genera gran parte della massa che noi vediamo nel momento in cui le particelle si uniscono per formare la materia ordinaria. Dunque, mentre la materia visibile tiene conto solo di una mera frazione della massa totale dell’Universo, appena il 4%, il resto, composto essenzialmente da materia scura e da energia scura, è già abbastanza per tenere impegnati i fisici nella loro ricerca verso la comprensione dei due più grandi enigmi della moderna cosmologia (vedasi Enigmi Astrofisici).

Maggiori info: Highlights of key findings presented at Quark Matter 2012

Il ‘nuovo mondo’ di Frank Wilczek

Il libro che voglio segnalare oggi è “La Leggerezza dell’essere – La massa, l’etere e l’unificazione delle forze” di Frank Wilczek, edito da Einaudi. Wilczek, che si occupa di cromodinamica quantistica  ed è premio Nobel per la Fisica, comincia il libro affermando che l’Universo non è più quello di un tempo e non è ciò che sembra.

Si tratta di un viaggio nel cuore della struttura della materia e delle sue componenti elementari, come elettroni e quark, durante il quale ci si pone interrogativi su cosa è, ad esempio, la massa. Ricordiamo che la prima definizione scientifica della massa risale al 1687 quando Newton, nei suoi Principi matematici della filosofia naturale, affermava che la massa è una sorta di misura della densità di materia contenuta nei corpi. Oggi, le moderne conoscenze sul concetto di massa sono alquanto più complicate rispetto alla definizione data da Newton e sono descritte dal modello standard mediante le leggi della meccanica quantistica. Per ogni tipo di particella elementare, o composta, possiamo scrivere l’equazione di Newton, F = ma, che correla la forza, la massa e l’accelerazione. Tuttavia, la massa, come di solito la intendiamo, va al di là dell’equazione di Newton. Per esempio, la teoria della relatività speciale  prevede che le particelle senza massa viaggiano nel vuoto alla velocità della luce e che invece le particelle che hanno massa si muovono più lentamente e perciò con una velocità che può essere calcolata se conosciamo la loro massa. Le particelle elementari hanno una sorta di massa intrinseca, detta massa a riposo , e quelle che hanno massa a riposo nulla sono le particelle senza massa, come ad esempio i fotoni. Per una particella complessa, come il protone, la massa a riposo dei costituenti e la loro energia cinetica, relativa al moto, e l’energia potenziale, relativa alle interazioni, contribuiscono alla massa totale della particella. E’ noto che massa ed energia sono correlate così come descritto dalla famosa equazione di Einstein, E = mc². Un esempio di come l’energia contribuisce alla massa si può vedere nella forma di materia a noi più familiare costituita dai protoni e dai neutroni che formano i nuclei atomici, i pianeti, le stelle, gli esseri viventi e tutto ciò che vediamo. Queste particelle costituiscono circa il 4% circa della massa-energia presente nell’Universo. Il modello standard ci dice che i protoni e i neutroni sono composti da particelle più elementari, chiamate quark, che sono a loro volta legate grazie all’interazione di particelle senza massa chiamate gluoni. Sebbene i quark vi si muovono all’interno, noi osserviamo il protone come un oggetto coerente che ha una massa intrinseca che è data dalla somma delle masse e delle energie dei suoi costituenti. Perciò il modello standard ci permette di calcolare le masse dei protoni e dei neutroni dall’energia cinetica dei loro costituenti. Dunque, il 4% circa dell’intero Universo è composto dall’energia del moto dei quark e dei gluoni che sono presenti nei protoni e neutroni e che costituiscono la materia ordinaria che conosciamo. E tutto il resto cos’è? Finora non lo sappiamo e l’ignoranza dei fisici su questo argomento ha fatto nascere termini come materia scura o energia scura che costituiscono insieme il 96% di ciò di cui è fatto il nostro Universo. La fisica contemporanea viene qui raccontata da uno dei suoi massimi esponenti che, indagando la struttura della materia, nella sua più profonda essenza, cerca di fornirci un quadro coerente e un nuovo mondo che sarà soggetto a verifiche sperimentali soprattutto con gli esperimenti presso LHC.

Nuovi indizi dagli studi sulla materia primordiale

Il diagramma nucleare delle fasi.
Credit: Brookhaven National Laboratory

Un recente articolo apparso sulla rivista Science riporta gli ultimi risultati che sono emersi dal collisore Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) presso il Brookhaven National Laboratory che opera in sinergia con il programma gemello del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Questi risultati saranno presentati al meeting Quark Matter 2012 che si terrà a Washington dal 12 al 18 Agosto.

La materia nucleare si cela nei nuclei atomici e nelle stelle di neutroni” spiegano Barbara Jacak, professoressa di fisica presso la Stony Brook University e portavoce dell’esperimento PHENIX del RHIC, e Berndt Mueller, un fisico teorico della Duke University. Le collisioni tra ioni pesanti che sono state realizzate al RHIC sin dal 2000 e quelle più recenti di LHC hanno permesso di rendere accessibile questo campo di ricerca ricreando le condizioni estreme che caratterizzavano lo stato fisico dell’Universo primordiale su scale microscopiche. Le temperature raggiunte durante le collisioni, più di 4 trilioni di gradi, le più elevate mai ottenute in laboratorio, permettono di liberare per un brevissimo intervallo di tempo i quark e i gluoni che compongo i protoni e i neutroni della materia ordinaria in modo che gli scienziati possano studiarne le loro proprietà e interazioni. “I quark e i gluoni sono i mattoni fondamentali della materia ordinaria che esiste oggi nell’Universo, dalle stelle, ai pianeti agli esseri umani” spiega Jacak. “Comprendere l’evoluzione del nostro Universo implica conoscere la dinamica e la struttura di queste particelle nella loro forma più pura, una sorta di “zuppa” primordiale che i fisici chiamano plasma quark-gluoni (QGP)”. RHIC è stata la prima macchina ad aver dimostrato la formazione di questo plasma quark-gluoni e ad aver determinato le sue proprietà inaspettate. Uno dei risultati più sorprendenti è che il plasma QGP non si comporta come un gas piuttosto come un liquido quasi perfetto. La bassa viscosità della materia, che risulta la più bassa teoricamente possibile, la sua abilità a bloccare getti di particelle energetiche e la sua capacità ad acquisire una elevata temperatura di equilibrio suggeriscono che le componenti del fluido sono accoppiate o interagiscono molto intensamente. Un’altra sorpresa alquanto intrigante deriva dal fatto che per descrivere questi particolari sistemi fisici fortemente accoppiati si possono utilizzare i metodi matematici della teoria delle stringhe e dei buchi neri che occupano dimensioni extra. Tuttavia,  le cui ragioni fisiche per cui debbano esistere queste relazioni rimangono un mistero. Questi risultati sono stati successivamente confermati nel 2010 da LHC anche se con un livello di energia 14 volte superiore a quello del RHIC. “Le due macchine sono complementari” afferma Mueller il cui lavoro sulla cromodinamica quantistica (QCD), cioè la teoria che descrive l’interazione tra quark e gluoni, aiuta a pianificare gli esperimenti e ad interpretare i risultati per entrambi gli esperimenti. “Sia RHIC che LHC sono essenziali verso la comprensione delle interazioni subatomiche che hanno governato durante le fasi iniziali della storia dell’Universo e di come esse hanno dato forma alla materia ordinaria che vediamo oggi”.  

Uno degli studi essenziali degli esperimenti sarà focalizzato sull’esplorazione del cosiddetto “diagramma nucleare delle fasi” che descrive come evolve e si comporta la materia su un ampio intervallo di energie, temperature e densità. Oggi, le capacità del RHIC permettono di esplorare la fase di transizione dalla materia ordinaria alla fase QGP, simile a quella in cui l’acqua, ad esempio, cambia fase passando da ghiaccio a liquido e da liquido a gas.

Maggiori info: The Exploration of Hot Nuclear Matter