Pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, l'universo era così denso e caldo che i quark e i gluoni che compongono i protoni, neutroni e altri adroni esistevano liberamente in quello che è noto come plasma di quark-gluoni. L'esperimento ALICE al Large Hadron Collider (LHC) può ricreare questo plasma in collisioni ad alta energia di fasci di ioni pesanti di piombo. Però, ALICE, così come qualsiasi altro esperimento di collisione che possa ricreare il plasma, non può osservare direttamente questo stato della materia. La presenza e le proprietà del plasma possono essere dedotte solo dalle impronte che lascia sulle particelle prodotte nelle collisioni.

In un nuovo articolo, presentato alla conferenza della Società Europea di Fisica in corso sulla fisica delle alte energie, la collaborazione ALICE riporta la prima misurazione di una di queste firme, il flusso ellittico, per le particelle upsilon prodotte nelle collisioni piombo-piombo LHC.

L'upsilon è una particella di bottomonio, costituito da un quark bottom (spesso chiamato anche beauty) e dal suo antiquark. Bottomonia e le loro controparti charm-quark, particelle di charmonio, sono eccellenti sonde del plasma di quark-gluoni. Vengono creati nelle fasi iniziali di una collisione di ioni pesanti e quindi sperimentano l'intera evoluzione del plasma, dal momento in cui viene prodotto al momento in cui si raffredda e lascia il posto a uno stato in cui possono formarsi gli adroni.

Un'indicazione che il plasma di quark-gluoni si forma è il movimento collettivo, o flusso, delle particelle prodotte. Questo flusso è generato dall'espansione del plasma caldo dopo l'urto, e la sua grandezza dipende da diversi fattori, tra cui:il tipo e la massa delle particelle; quanto centrale, o "a testa alta, " la collisione è; e i momenti delle particelle perpendicolari alla linea di collisione. Un tipo di flusso, chiamato flusso ellittico, risulta dalla forma ellittica iniziale delle collisioni non centrali.

Nel loro nuovo studio, il team di ALICE ha determinato il flusso ellittico degli upsilon osservando le coppie di muoni (cugini più pesanti dell'elettrone) in cui si trasformano, o "decadimento". Hanno scoperto che la grandezza del flusso ellittico upsilon per una gamma di momenti e centralità di collisione è piccola, rendendo gli upsilon i primi adroni che non sembrano mostrare un flusso ellittico significativo.

I risultati sono coerenti con la previsione che gli upsilon sono in gran parte suddivisi nei loro quark costituenti nelle prime fasi della loro interazione con il plasma, e aprono la strada a misurazioni di maggiore precisione utilizzando i dati del rivelatore aggiornato di ALICE, che sarà in grado di registrare dieci volte più upsilon. Tali dati dovrebbero anche far luce sul curioso caso del flusso J/psi. Questa particella di charmonio più leggera ha un flusso maggiore e si ritiene che si riformi dopo essere stata scissa dal plasma.