Queste cifre mostrano istantanee sequenziali (da sinistra a destra) della distribuzione della temperatura della materia nucleare prodotta in collisioni di deuteroni (d) con nuclei d'oro (Au) alle energie di collisione più alte e più basse (200 miliardi di elettronvolt, o GeV, superiore, e 20GeV, inferiore) della scansione energetica del raggio, come previsto da una teoria dell'idrodinamica. Secondo questi calcoli, la temperatura raggiunta in queste collisioni supera i trilioni di gradi Kelvin, che è sufficiente per fondere i nuclei in uno stato di materia composto dai loro costituenti quark e gluoni. Il sistema si espande quindi vicino alla velocità della luce come un fluido quasi perfetto e si raffredda rapidamente. Le frecce bianche rappresentano la velocità del fluido mentre si espande a velocità diverse. Le misurazioni dell'esperimento PHENIX corrispondono ai modelli di flusso di particelle previsti da questa teoria che descrive il comportamento del plasma di quark e gluoni, che è coerente con l'interpretazione che queste collisioni di particelle, anche a bassa energia, stanno creando questo plasma di quark e gluoni dell'universo primordiale. Credito:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
Com'era la materia pochi istanti dopo il Big Bang? Le particelle che emergono dalle collisioni a più bassa energia di piccole particelle con grandi nuclei pesanti al Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) potrebbero contenere la risposta. Gli scienziati hanno rivelato che le particelle mostrano un comportamento associato alla formazione di una zuppa di quark e gluoni, gli elementi costitutivi di quasi tutta la materia visibile. Questi risultati dell'esperimento PHENIX di RHIC suggeriscono che queste collisioni su piccola scala potrebbero produrre minuscoli, granelli di materia di breve durata che imitano l'universo primordiale. I granelli offrono informazioni sulla materia che si è formata quasi 14 miliardi di anni fa, subito dopo il Big Bang.
Gli scienziati hanno costruito RHIC per creare e studiare questa forma di materia, noto come plasma di quark-gluoni. Però, inizialmente si aspettavano di vedere i segni del plasma di quark-gluoni solo in collisioni altamente energetiche di due ioni pesanti, come l'oro. Le nuove scoperte si aggiungono a un numero crescente di prove fornite dal RHIC e dal Large Hadron Collider europeo che il plasma di quark e gluoni può anche essere creato quando uno ione più piccolo si scontra con uno ione pesante. Gli esperimenti aiuteranno gli scienziati a comprendere le condizioni necessarie per creare questa straordinaria forma di materia.
Nelle collisioni oro-oro semi-sovrapposte al RHIC, più particelle emergono dall'"equatore" che perpendicolari alla direzione di collisione. Questo modello di flusso ellittico, gli scienziati credono, è causato dalle interazioni delle particelle con il plasma di quark e gluoni quasi "perfetto", che significa liquido a flusso libero, creato nelle collisioni. I nuovi esperimenti hanno utilizzato energie inferiori e collisioni di deuteroni molto più piccoli (composti da un protone e un neutrone) con nuclei d'oro per apprendere come questo comportamento liquido perfetto si presenta in condizioni diverse, in particolare a quattro diverse energie di collisione. Correlazioni nel modo in cui le particelle sono emerse da queste collisioni deuterone-oro, anche alle energie più basse, corrispondeva a ciò che gli scienziati hanno osservato nelle collisioni di grandi ioni più energiche.
Questi risultati supportano l'idea che in questi piccoli sistemi esista un plasma di quark e gluoni, ma ci sono altre possibili spiegazioni per i risultati. Uno è la presenza di un'altra forma di materia nota come condensa di vetro colorato che si pensa sia dominata dai gluoni. Gli scienziati del RHIC condurranno ulteriori analisi e confronteranno i loro risultati sperimentali con descrizioni più dettagliate sia del plasma di quark-gluoni che del condensato di vetro colorato per risolvere questo problema.
