CERN conferma le scie dei quark nel plasma primordiale

I quark si comportano come anatre nell'acqua

Per decenni, i teorici hanno dibattuto se la materia calda e densa dell'universo primordiale avrebbe rallentato le particelle veloci o le avrebbe lasciate passare indisturbate. Un team guidato da fisici del MIT ha risolto la questione con un'osservazione diretta. Al Large Hadron Collider del CERN, i ricercatori hanno visto quark attraversare il plasma di quark e gluoni, lasciando scie distinte. È come un'anatra che attraversa uno stagno. Questa osservazione mette fine a un lungo dibattito teorico sulla natura dello stato più antico della materia. Le prove sono ora concrete, non più dedotte da modelli indiretti.

Il plasma è incredibilmente denso.

Reagisce collettivamente come un fluido unico, generando onde e schizzi. Non si comporta come un insieme di particelle indipendenti. Questa è la prima prova diretta di tale comportamento in questo specifico stato primordiale. La risposta collettiva suggerisce una viscosità che prima era ipotizzata solo in complesse simulazioni di collisioni ad alta energia.

"Ora vediamo che il plasma è incredibilmente denso, tanto da rallentare un quark e produrre schizzi e vortelli come un liquido," ha detto Yen-Jie Lee, professore di fisica al MIT.

In natura, il plasma di quark e gluoni esiste per pochi milionesimi di secondo. Si è formato nei primi microsecondi dopo il Big Bang. Per studiarlo, gli scienziati fanno scontrare ioni pesanti a velocità prossime a quella della luce. Queste collisioni separano brevemente quark e gluoni, ricreando in piccole quantità le condizioni dell'universo appena nato. I nuovi dati offrono uno scorcio di questo stato effimero.

Metodologia e rilevamento

Lee e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo metodo per rilevare queste scie. Misurando dimensioni, velocità e durata delle perturbazioni, gli scienziati possono ora determinare le proprietà chiave del plasma. Questo include la velocità di propagazione delle scie e la distanza che percorrono prima di svanire.

Lo studio è stato condotto dalla Collaborazione CMS, un gruppo mondiale di fisici delle particelle che utilizza il rivelatore Compact Muon Solenoid. Il rivelatore è uno degli strumenti a scopo generale presso il Large Hadron Collider in Svizzera. Il team prevede di applicare questa tecnica a ulteriori dati di collisione per trovare più esempi e studiarli nel dettaglio.

Comprendere queste proprietà aiuta i ricercatori a dedurre come si comportava il plasma durante i primi microsecondi dell'universo. Man mano che le temperature sono scese, quark e gluoni si sono combinati in protoni e neutroni, formando i mattoni di tutta la materia visibile. Le nuove intuizioni colmano il divario tra fisica delle particelle ad alta energia e cosmologia.

Contesto nel campo

Questo risultato arriva insieme ad altri sviluppi significativi nella fisica delle particelle. Il 6 ottobre, Francis Halzen ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2026 per il suo lavoro sui neutrini ad alta energia. La ricerca di Halzen, condotta con il rivelatore IceCube nel ghiaccio antartico, si concentra sul rilevamento delle "particelle fantasma" provenienti dallo spazio profondo.

Mentre il lavoro di Halzen guarda verso l'esterno, verso il cosmo, il team del CERN guarda verso l'interno, verso i momenti più energetici della storia. Entrambi gli ambiti si affidano a rivelatori avanzati per osservare fenomeni elusivi. Il comitato Nobel ha riconosciuto Halzen per aver trasformato un vasto blocco di ghiaccio in uno strumento scientifico. È un'impresa paragonabile per ambizione all'ingegneria di precisione richiesta presso l'LHC.

Altri risultati recenti includono lavori su sensori quantistici per esperimenti di fisica delle particelle e studi sul comportamento dei fotoni. Questi sforzi espandono la cassetta degli attrezzi disponibile per i fisici. La conferma del comportamento liquido nel plasma di quark e gluoni è un passo importante per comprendere le forze fondamentali che hanno plasmato l'universo primordiale.

I risultati suggeriscono che la "zuppa primordiale" non era un caos disordinato, ma un fluido strutturato con viscosità e tempi di risposta misurabili. Questo ha implicazioni per i modelli dell'evoluzione dell'universo primordiale. Man mano che il team continua ad analizzare altri dati, l'immagine di quei primi microsecondi diventerà sempre più chiara.