Anche se i neutroni amano collaborare con i protoni per creare il nucleo di un atomo, le particelle sono sempre state famose per la loro riluttanza a legarsi tra loro. Ma secondo una nuova teoria proposta, queste particelle potrebbero comunicare in determinate circostanze, formando un nuovo tipo di "non particella", che potrebbe offrire la prova di un nuovo tipo di simmetria in fisica.

Dam Thanh figlio, il Professore Universitario di Fisica presso l'Università di Chicago, esposto l'argomento in uno studio pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , di cui è stato coautore con Hans-Werner Hammer dell'Università tecnica di Darmstadt in Germania.

Il nuovo studio è stato ispirato da un'idea proposta per la prima volta nel 2007 dal professore dell'Università di Harvard Howard Georgi, che ha suggerito che potrebbe esserci un fenomeno al di là della nostra tradizionale idea di materia.

"Tutto ciò che ci circonda è fatto di particelle, un punto localizzato nello spazio che può trasportare energia, ma la sua idea era che in natura, forse potrebbe esserci qualcosa che trasporta energia, ma è meno nitido e più sfocato, " ha detto Son. "Ha scherzosamente chiamato questo concetto una 'non particella'".

Son e Hammer volevano provare ad applicare questo concetto per comprendere il comportamento delle particelle nei nuclei degli atomi, specialmente i nuclei più esotici, che ammiccano dentro e fuori l'esistenza durante eventi violenti nell'universo, come quando le stelle esplodono. "Conosciamo solo una frazione di questi nuclei esotici, " disse Figlio.

Per studiare questi nuclei atomici esotici sulla Terra, gli scienziati frantumano nuclei pesanti l'uno contro l'altro in acceleratori. Quello che viene fuori è un nuovo nucleo, e una pioggia di neutroni. Son e Hammer osservarono che mentre i neutroni fluivano e si allontanavano, alcuni che stanno andando nella stessa direzione possono continuare a "parlare" tra loro, anche dopo che gli altri hanno smesso di interagire. Questa comunicazione prolungata tra neutroni potrebbe costituire un "unnucleo" sfocato, " con proprie proprietà distinte dai nuclei normali.

Per avere un'idea di questa confusione, Figlio ha detto, "È un po' come la differenza tra essere colpiti da un sasso, ed essere investiti da un flusso d'acqua." Entrambi trasportano energia, ma la forma è diversa.

Nel loro nuovo studio, Son e Hammer hanno spiegato come e dove cercare le prove di questi "unnuclei" negli acceleratori, e una spiegazione generale per il campo di quella che scherzosamente chiamavano "fisica non nucleare".

Questa potrebbe essere una manifestazione, gli scienziati hanno detto, di un tipo di simmetria detta simmetria conforme. Le simmetrie sono fondamentali per la fisica moderna; sono caratteristiche comuni che rimangono anche quando un sistema cambia:la più famosa è che la velocità della luce è costante in tutto l'universo.

Nella simmetria conforme, uno spazio distorto, ma tutti gli angoli vengono mantenuti invariati. Per esempio, quando si disegna una mappa 2D dell'intera Terra 3D, è impossibile preservare tutte le distanze e gli angoli allo stesso tempo. Però, alcune mappe, come una versione comune disegnata per la prima volta da Gerardus Mercator, sono disegnati in modo che tutti gli angoli rimangano corretti, ma a costo di distorcere notevolmente le distanze in prossimità dei poli.

"Questa simmetria conforme non appare nel Modello Standard della fisica, ma è presente nella proposta "non particellare" di Georgi, e appare anche qui, " disse Son. La proporzione di energia trasportata da ciascuna particella nel "unnucleo" rimane invariata anche se la distanza tra loro cambia.

"È stata una sorpresa per me, perché insolitamente per la fisica nucleare, questi risultati sembrano avere una certa universalità, " disse Figlio. Cioè, a differenza dei molti calcoli in fisica che dipendono dall'accuratezza anche dei più piccoli dettagli e numeri, "questi numeri non sono affatto sensibili ai dettagli, " Egli ha detto.

Poiché i calcoli sono così robusti anche se mancano alcuni dettagli, Son ha detto che se l'argomento è confermato, i fisici potrebbero essere in grado di utilizzare queste formule per verificare altri calcoli.

Lui e Hammer hanno anche notato che questo comportamento può verificarsi quando gli atomi vengono raffreddati a temperature super basse, e in particelle esotiche chiamate tetraquark, formato da due quark e due antiquark.

"È interessante lavorare su un problema che può avere conseguenze in così tanti campi della fisica, " ha detto il figlio.