23 Dic 2018 Gocce di Universo Primordiale
Un team di ricercatori ha ricreato in laboratorio piccole gocce della materia ultracalda che si ritiene riempisse l’Universo nei primi istanti della sua formazione: uno stato esotico chiamato plasma di quark e gluoni.
Lo studio, pubblicato su Nature Physics, deriva dal lavoro di un gruppo internazionale di scienziati e ha permesso di ottenere goccioline di plasma di quark e gluoni che si espandono generando tre forme geometriche e dimensioni distinte: cerchi, ellissi e triangoli. Secondo i fisici questo tipo di materia esotica costituiva l’intero Universo durante i primi microsecondi dopo il Big Bang, quando il cosmo era troppo caldo perché le particelle riuscissero a unirsi per formare atomi.
Durante un esperimento noto come PHENIX, Jamie Nagle dell’University of Colorado Boulder e i suoi colleghi hanno utilizzato un acceleratore di particelle al Brookhaven National Laboratory a Upton, New York, per ricreare questo plasma. Nel corso di una serie di test i ricercatori hanno fatto collidere pacchetti di protoni e neutroni in combinazioni differenti per creare nuclei atomici più grandi. Gli scienziati hanno scoperto che, controllando attentamente le condizioni, era possibile generare gocce di plasma di quark e gluoni che si espandevano a formare tre differenti strutture geometriche. “Il nostro risultato sperimentale ci ha portato molto più vicino a rispondere alla domanda sulla natura della più piccola quantità di materia del giovane Universo che possa esistere”, afferma Nagle.
Gli scienziati hanno per la prima volta iniziato a studiare questa materia esotica al Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory nel 2000, facendo collidere nuclei pesanti di atomi di oro e generando temperature di migliaia di miliardi di gradi Celsius. Nella materia risultante, quark e gluoni, le particelle subatomiche che costituiscono tutti i protoni e neutroni, hanno spezzato le loro catene atomiche per fluire pressoché liberamente, non più confinati nel nucleo.
Visualizzazione delle gocce in espansione in tre forme geometriche CREDIT Javier Orjuela Koop
Vari anni più tardi un altro gruppo di ricercatori ha riportato in uno studio la creazione di un plasma di quark e gluoni, realizzato non facendo collidere due atomi, ma soltanto protoni. Questo si era rivelato sorprendente perché gran parte degli scienziati ritenevano che i protoni isolati non potessero contenere abbastanza energia. Nagle e i suoi colleghi hanno elaborato un modo per testare questi risultati nel 2014: se queste piccole gocce si comportavano come un fluido, allora avrebbero dovuto mantenerne la forma. “Immaginate di avere due goccioline che si espandono nel vuoto. Se le due gocce sono molto vicine tra loro, mentre si espandono si incontrano e si urtano a vicenda, creando un pattern particolare”.
In altre parole, se si gettano due sassi insieme in uno stagno, le onde derivanti dall’impatto fluiscono una contro l’altra, formando una struttura simile a una ellissi. La forma delle gocce primordiali, in sostanza, dipende dal tipo di particella usata come proiettile. Far collidere un protone con un atomo più grande produce un pattern circolare, far collidere un deuterone (una coppia protone-neutrone) crea un pattern ellittico, mentre utilizzare un atomo di elio-3 (un trio protone-protone-neutrone) produce un pattern triangolare. Gocce di zuppa primordiale in espansione si comportano pertanto in modo simile a onde ideali in uno stagno. I risultati possono aiutare i teorici a comprendere meglio come il plasma primordiale di quark e gluoni si sia raffreddato nel giro di millisecondi, dando origine ai primi atomi.
[ Barbara ]
Credit: CC0 Public Domain
https://eurekalert.org/pub_releases/2018-12/uoca-rct120718.php
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