Fisici del MIT hanno trovato la prima prova diretta che il plasma primordiale del Big Bang si comportava come un liquido: i quark creavano scie attraversandolo, confermando decenni di teorie
Nei primissimi istanti di vita dell’universo, circa un milionesimo di secondo dopo il Big Bang, non esistevano ancora atomi, protoni o neutroni, ma solo una zuppa caldissima di particelle elementari chiamate quark e gluoni. I quark sono i componenti fondamentali della materia: tre quark uniti insieme formano un protone o un neutrone, i mattoni alla base di ogni atomo che esiste. I gluoni sono invece le particelle che tengono i quark uniti tra loro, una sorta di colla quantistica. Nell’universo primordiale, le temperature erano talmente elevate, qualche trilione di gradi Celsius, che quark e gluoni non riuscivano a stare uniti e fluttuavano liberi in questa zuppa densa e caotica, il plasma quark-gluone, per qualche milionesimo di secondo prima che tutto si raffreddasse abbastanza da permettere loro di aggregarsi e formare la materia che conosciamo oggi. Da decenni i fisici discutono su come si comportasse esattamente questo plasma: come un gas di particelle che si muovono in modo caotico e indipendente, o come un vero liquido che scorre e reagisce a ciò che lo attraversa?
Al CERN si ricrea la zuppa primordiale
Un team di fisici del MIT, in collaborazione con il gruppo di Yi Chen della Vanderbilt University e con la collaborazione internazionale CMS, ha trovato la prima prova diretta che il plasma si comportava come un liquido. L’esperimento ricrea per frazioni di secondo le condizioni dell’universo primordiale accelerando ioni di piombo quasi alla velocità della luce e facendoli collidere al Large Hadron Collider del CERN in Svizzera, producendo minuscole gocce di plasma che durano meno di un quadrillionesimo di secondo.
Una scia come una barca
Quando un quark sfreccia attraverso il plasma, crea una scia, esattamente come una barca che lascia onde dietro di sé nell’acqua. «Il plasma è incredibilmente denso, tanto da riuscire a rallentare un quark e produrre schizzi e vortici come un liquido», ha dichiarato Yen-Jie Lee, professore di fisica e responsabile del team. Per osservare la scia di un singolo quark, il team ha sviluppato una tecnica nuova, usando una particella chiamata bosone Z come marcatore. Il bosone Z è una particella che attraversa il plasma senza lasciare traccia, quasi come un fantasma, e questo lo rende perfetto come punto di riferimento: se in una collisione si producono un bosone Z e un quark che viaggiano in direzioni opposte, tutto ciò che succede nel plasma in direzione opposta al bosone Z è stato causato esclusivamente dal quark. Su 13 miliardi di collisioni analizzate, il team ha identificato circa 2000 eventi utili, tutti coerenti con quello che Rajagopal aveva previsto anni fa. «Quello che Yen-Jie e il CMS hanno fatto è trovare la prima prova pulita e inequivocabile di questo fenomeno fondamentale», ha commentato Krishna Rajagopal, professore di fisica al MIT, che non era però direttamente coinvolto nello studio. Insomma sappiamo qualcosa di più anche sul Big Bang.
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