Nelle prime fasi dell'Universo, quark e gluoni furono rapidamente confinati a protoni e neutroni che andarono a formare atomi. Con gli acceleratori di particelle che raggiungono livelli energetici sempre più elevati, è finalmente arrivata l'opportunità di studiare questo fugace stato primordiale della materia.

Quark-Gluon Plasma (QGP) è uno stato della materia che esisteva solo per il più breve tempo all'inizio dell'Universo con queste particelle che venivano rapidamente raggruppate insieme per formare i protoni e i neutroni che costituiscono la materia quotidiana che ci circonda. La sfida di comprendere questo stato primordiale della materia ricade sui fisici che gestiscono gli acceleratori di particelle più potenti del mondo. Una nuova edizione speciale di Argomenti speciali della rivista di fisica europea intitolato "Quark-Gluon Plasma and Heavy-Ion Phenomenology" a cura di Munshi G. Mustafa, Saha Institute of Nuclear Physics, Calcutta, India, riunisce sette documenti che descrivono in dettaglio la nostra comprensione di QGP e i processi che l'hanno trasformata nella materia barionica che ci circonda quotidianamente.

"Quark-Gluon Plasma è la materia deconfinata fortemente interagente che esisteva solo brevemente nell'universo primordiale, pochi microsecondi dopo il Big Bang, " dice Mustafa. "La scoperta e la caratterizzazione delle proprietà di QGP rimangono alcuni degli sforzi internazionali meglio orchestrati nella moderna fisica nucleare." Mustafa evidenzia la fenomenologia degli ioni pesanti come uno strumento molto affidabile per determinare le proprietà di QGP e in particolare, la dinamica della sua evoluzione e raffreddamento.

I miglioramenti ai collisori come il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) e il Large Hadron Collider (LHC) hanno aumentato radicalmente i livelli di energia che possono essere raggiunti da collisioni di nuclei pesanti a velocità vicine alla luce, portandoli in linea con quelli dell'Universo neonato . In aggiunta a questo, futuri esperimenti presso la Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) e presso la Ion Collider fAcility (NICA) basata su Nuclotron genereranno una grande quantità di dati su QGP e le condizioni nell'Universo primordiale.

"Questa raccolta è così tempestiva in quanto richiede una migliore comprensione teorica delle proprietà delle particelle della materia deconfinata calda e densa, che riflettono sia le proprietà statiche che dinamiche di QGP, " spiega Mustafa. "Questa migliore comprensione teorica del plasma Quark-Gluon e della fenomenologia degli ioni pesanti è essenziale per scoprire le proprietà del presunto QGP che occupava l'intero universo, pochi microsecondi dopo il Big Bang."

Mustafa sottolinea che questa migliore comprensione dovrebbe anche aprire la porta alla comprensione dell'equazione di stato di questa materia fortemente interagente e preparare la piattaforma per esplorare la teoria della transizione quark-adroni e la possibile termalizzazione del QGP. Questo potrebbe a sua volta aiutarci a comprendere i passaggi che hanno portato da QGP alla materia barionica quotidiana che ci circonda.

"I quark e i gluoni che formavano i neutroni e i protoni erano confinati in essi, pochi microsecondi dopo il Big Bang, " conclude Mustafa. "Questa è la prima volta che li vediamo liberati dalla loro eterna prigionia!"