Scienziati dell'Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen, e i loro colleghi della collaborazione internazionale ALICE hanno recentemente fatto scontrare nuclei di xeno, al fine di acquisire nuove conoscenze sulle proprietà del plasma Quark-Gluon (il QGP), la materia di cui era composto l'universo fino a un microsecondo dopo il Big Bang. Il QGP, Come suggerisce il nome, è uno stato speciale costituito dalle particelle fondamentali, i quark, e le particelle che legano insieme i quark, i gluoni. Il risultato è stato ottenuto utilizzando l'esperimento ALICE al Large Hadron Collider (LHC) superconduttore lungo 27 km al CERN. Il risultato è ora pubblicato in Lettere di fisica B .

I fisici delle particelle dell'Istituto Niels Bohr hanno ottenuto nuovi risultati, lavorando con LHC, sostituendo gli ioni di piombo, solitamente utilizzato per le collisioni, con ioni xeno. Lo xeno è un atomo "più piccolo" con meno nucleoni nel suo nucleo. Quando si scontrano gli ioni, gli scienziati creano una palla di fuoco che ricrea le condizioni iniziali dell'universo a temperature superiori a diverse migliaia di miliardi di gradi. In contrasto con l'Universo, la vita delle goccioline di QGP prodotte in laboratorio è ultra breve, una frazione di secondo (in termini tecnici, solo circa 10 ^-22 secondi). In queste condizioni la densità di quark e gluoni è molto grande e si forma uno stato speciale della materia in cui quark e gluoni sono quasi-liberi (chiamato QGP che interagisce fortemente). Gli esperimenti rivelano che la materia primordiale, l'istante prima che gli atomi si formassero, si comporta come un liquido che può essere descritto in termini di idrodinamica.

"Una delle sfide che stiamo affrontando è che, in forti collisioni di ioni, solo le informazioni sullo stato finale delle molte particelle che vengono rilevate dagli esperimenti sono direttamente disponibili - ma vogliamo sapere cosa è successo all'inizio della collisione e nei primi istanti dopo, "Tu Zhou, Postdoc nel gruppo di ricerca Fisica Subatomica Sperimentale presso l'Istituto Niels Bohr, spiega. "Abbiamo sviluppato strumenti nuovi e potenti per studiare le proprietà della piccola goccia di QGP (universo primordiale) che creiamo negli esperimenti". Si basano sullo studio della distribuzione spaziale delle molte migliaia di particelle che emergono dalle collisioni quando i quark ei gluoni sono stati intrappolati nelle particelle di cui è composto oggi l'Universo. Questo riflette non solo la geometria iniziale della collisione, ma è sensibile alle proprietà del QGP. Può essere visto come un flusso idrodinamico." Le proprietà di trasporto del plasma Quark-Gluon determineranno la forma finale della nuvola di particelle prodotte, dopo la collisione, quindi questo è il nostro modo di affrontare il momento stesso della creazione di QGP, "Tu Zhou dice.

Due ingredienti principali nella zuppa:geometria e viscosità

Il grado di distribuzione delle particelle anisotrope - il fatto che ci siano più particelle in determinate direzioni - riflette tre informazioni principali:la prima è, come accennato, la geometria iniziale dell'urto. Il secondo sono le condizioni prevalenti all'interno dei nucleoni in collisione. Il terzo è la viscosità di taglio del plasma Quark-Gluon stesso. La viscosità al taglio esprime la resistenza del liquido al flusso, una proprietà fisica chiave della materia creata. "È uno dei parametri più importanti per definire le proprietà del plasma Quark-Gluon, "Si Zhou spiega, "perché ci dice quanto fortemente i gluoni leghino tra loro i quark".

"Con le nuove collisioni allo xeno, abbiamo posto vincoli molto stretti ai modelli teorici che descrivono il risultato. Indipendentemente dalle condizioni iniziali, piombo o xeno, la teoria deve essere in grado di descriverli simultaneamente. Se vengono rivendicate determinate proprietà della viscosità del plasma di quark gluoni, il modello deve descrivere entrambi i set di dati contemporaneamente, dice Tu Zhou. Le possibilità di ottenere maggiori informazioni sulle effettive proprietà della "zuppa primordiale" sono quindi notevolmente migliorate con i nuovi esperimenti. Il team prevede di far scontrare altri sistemi nucleari per limitare ulteriormente la fisica, ma questo richiederà un significativo sviluppo di nuovi fasci di LHC.

"Questo è uno sforzo collaborativo all'interno della grande collaborazione internazionale ALICE, composto da più di 1800 ricercatori provenienti da 41 paesi e 178 istituti." Ha sottolineato You Zhou.