Costruzione del Large Hadron Collider Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Secondo la teoria del big bang, miliardi di anni fa l'intero universo si estendeva su un'area di volume zero e densità infinita. Quindi, questa zona si è ampliata, raddoppiando le dimensioni centinaia di volte in meno di un secondo. In quei primi istanti, l'universo era pieno di energia, gran parte sotto forma di calore intenso. Mentre l'universo cresceva e si raffreddava, parte di questa energia si è trasformata in materia.
Quando parliamo degli elementi costitutivi della materia, di solito ci concentriamo su atomi . Gli atomi sono costituiti da a nucleo che contiene almeno una particella subatomica carica positivamente chiamata a protone . Il nucleo potrebbe anche contenere una o più particelle cariche neutre chiamate neutroni . Particelle caricate negativamente chiamate elettroni circondare il nucleo, muovendosi rapidamente intorno ad esso entro i confini di un guscio di energia .
Ma nelle prime fasi del big bang, gli atomi non potevano formarsi. L'universo era troppo denso e caldo. Infatti, nei primi istanti del primo secondo del big bang, nemmeno protoni e neutroni potrebbero formarsi. I teorici del big bang credono che l'universo fosse pieno di particelle subatomiche come neutrini , particelle senza massa, o quark , particelle elementari che si uniscono per creare particelle più grandi come protoni o neutroni.
Gli scienziati chiamano la forza che tiene insieme i quark per formare particelle più grandi la forte forza nucleare . È così forte che in circostanze normali, non possiamo osservare affatto i quark. Questo perché i quark si legano insieme così strettamente che non possiamo separarli facilmente. Per molti anni, l'unica prova dell'esistenza dei quark proveniva dai modelli matematici di come funziona l'universo. I modelli richiedevano la presenza di particelle come i quark per avere un senso.
oggi, gli scienziati sono riusciti a prendere particelle come protoni e neutroni e a scomporle in quark e gluoni -- particelle senza massa che mediano la forza tra i quark. I quark e i gluoni rimangono separati solo per frazioni di secondo prima di decadere, ma è abbastanza lungo da permettere agli scienziati di osservarli usando potenti apparecchiature.
Come fanno gli scienziati a farlo, e stanno davvero ricreando il big bang? Continua a leggere per scoprirlo.
Una veduta aerea del Fermi National Accelerator Laboratory Courtesy Fermilab Il mondo degli studi sulle particelle subatomiche è paradossale. Gli scienziati utilizzano alcune delle macchine più grandi del mondo per studiare alcune delle particelle più piccole che conosciamo. I dispositivi che utilizzano sono estremamente sofisticati e precisi, tuttavia si affidano a un approccio quasi violento. Questi metodi e dispositivi consentono agli scienziati di intravedere l'aspetto che avrebbe potuto avere l'universo primordiale.
Il modo in cui gli scienziati osservano le minuscole particelle di materia che compongono le particelle subatomiche come protoni e neutroni è sia elegante che primitivo. Schiacciano le particelle subatomiche l'una contro l'altra molto forte e guardano i pezzi che sono rimasti. Per fare questo, devono usare macchine potenti chiamate acceleratori di particelle .
Gli acceleratori di particelle sparano fasci opposti di particelle subatomiche come protoni l'uno contro l'altro. Alcuni acceleratori sono circolari, mentre altri sono lineari. Possono essere molto grandi:gli acceleratori circolari possono misurare miglia di diametro. Gli acceleratori utilizzano banchi di magneti per accelerare i fasci di protoni mentre viaggiano attraverso minuscoli tubi. Una volta che i fasci di protoni raggiungono una certa velocità, l'acceleratore li guida in rotta di collisione. Quando le particelle si scontrano, si scompongono nelle loro parti componenti, come i quark.
Queste particelle subatomiche decadono in frazioni di secondo. Solo utilizzando computer potenti gli scienziati possono sperare di rilevare la presenza di un quark. Nel 2006, un team di scienziati dell'Università della California, Riverside ha riferito di aver rilevato a quark superiore , il più massiccio dei sei tipi di quark. Il team aveva utilizzato un acceleratore di particelle per provocare una collisione tra un protone e un anti-protone . Hanno rilevato la presenza del quark dopo che era già decaduto. Il processo di decadimento ha lasciato una firma elettronica identificabile [fonte:University of California, Lungofiume].
Questo significa che gli scienziati possono ricreare il big bang? Non proprio. Anziché, gli scienziati sperano di poter simulare la condizione dei primi istanti dell'universo. Ciò comporta la creazione di un caldo, zona densa di materia ed energia. Studiando queste condizioni, gli scienziati potrebbero essere in grado di saperne di più su come si è sviluppato il nostro universo. Ma non possono ricreare il periodo di rapida espansione che chiamiamo big bang.
Almeno, non ancora.
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Sapori di QuarkGli scienziati classificano i quark in sei gusti diversi:
Per quanto gli scienziati possono determinare, i quark si legano insieme solo in combinazioni di due, tre o cinque quark. Diverse combinazioni di legami di quark creano diversi tipi di materia.
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