Quattro collaborazioni di ricerca del Large Hadron Collider del CERN hanno riferito prove del fatto che il plasma di quark e gluoni può formarsi quando collidono nuclei atomici relativamente leggeri. I risultati, ottenuti da ALICE, ATLAS, CMS e LHCb, comprendono dati sulle collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon, oltre a confronti che coinvolgono protoni e nuclei di ossigeno.
Il plasma di quark e gluoni è uno stato della materia estremamente caldo e denso, nel quale protoni e neutroni si disgregano in quark e nei gluoni che li tengono uniti. I fisici ritengono che abbia riempito l’universo nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang. Fino a poco tempo fa, i ricercatori si aspettavano in genere che per crearlo fossero necessarie collisioni tra nuclei molto pesanti, come quelli di piombo.
I nuovi risultati si basano su precedenti indizi di un comportamento simile a quello del plasma nelle collisioni tra protoni e nelle prime collisioni tra nuclei di ossigeno al LHC. Nei diversi studi più recenti, gli scienziati hanno cercato vari effetti che possono verificarsi quando particelle energetiche attraversano il materiale denso e perdono energia.
ATLAS ha rilevato differenze nell’energia di coppie di getti di particelle prodotti nelle collisioni tra ossigeno e tra neon. L’effetto era più marcato nelle collisioni più centrali, cioè frontali, che dovrebbero creare un volume di plasma maggiore. Risultati preliminari di ATLAS ottenuti studiando particelle che rinculano in direzione opposta ai fotoni hanno mostrato una relazione simile.
CMS ha riscontrato che la produzione di particelle cariche era ridotta nelle collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon rispetto a quelle protone-protone. LHCb ha osservato una soppressione più marcata delle particelle contenenti quark charm nelle collisioni tra neon rispetto a quelle tra ossigeno, in linea con una maggiore perdita di energia in un sistema di collisione più grande. Il confronto di ALICE tra pioni neutri nelle collisioni ossigeno-ossigeno e protone-ossigeno ha fornito prove della perdita di energia dei partoni nelle collisioni ossigeno-ossigeno.
Le collaborazioni hanno riferito anche altri possibili segnali. CMS ha rilevato diversi livelli di soppressione tra i mesoni upsilon — particelle composte da un quark bottom e dal suo antiquark — nelle collisioni tra ossigeno e tra neon. LHCb ha riferito prove preliminari di un comportamento simile nei dati delle collisioni protone-ossigeno e ossigeno-ossigeno.
Nei risultati preliminari sulle collisioni con ossigeno, ALICE ha inoltre osservato che i barioni, che contengono tre quark, mostravano una preferenza direzionale più marcata rispetto ai mesoni, che ne contengono due. Questo schema, noto come flusso anisotropo, potrebbe riflettere il moto collettivo ereditato dai quark presenti nel plasma.
Nel loro insieme, le osservazioni rafforzano l’ipotesi che condizioni associate al plasma di quark e gluoni possano manifestarsi in collisioni che coinvolgono nuclei più leggeri, anche se i segnali riferiti non dimostrano tutti, da soli, la presenza del plasma. Il CERN sta potenziando il LHC per trasformarlo nel Large Hadron Collider ad alta luminosità, che dovrebbe fornire molti più dati sulle collisioni per ulteriori studi.
Fonti: ScienceDaily.