Nel vasto panorama della fisica delle particelle, i ricercatori del CERN hanno raggiunto un traguardo scientifico straordinario ricreando in laboratorio lo stato della materia che riempiva il cosmo nei primi microsecondi successivi al Big Bang. Attraverso il potente Large Hadron Collider (LHC), l’esperimento ALICE ha dimostrato la possibilità di generare goccioline di plasma di quark e gluoni utilizzando nuclei atomici notevolmente più piccoli rispetto a quanto ritenuto indispensabile in passato. Come evidenziato nello studio pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, la ricerca si è basata sulla collisione ad altissima energia di nuclei di ossigeno-16 e neon-20, rivelando comportamenti collettivi tipici di un fluido quantistico ad altissima temperatura.
La forma dei nuclei atomici e il flusso idrodinamico del plasma
La peculiarità dell’esperimento risiede nella memoria geometrica conservata dalle particelle oscillate dalle collisioni. Durante gli impatti ad altissima energia, il plasma di quark e gluoni generato dagli atomi di ossigeno-16 ha mostrato un flusso idrodinamico tondeggiante e uniforme, specchio della forma sferica del nucleo di partenza. Al contrario, lo scontro tra nuclei di neon-20 ha prodotto un segnale decisamente allungato, confermando la sua caratteristica struttura nucleare simile a un birillo. Questo fenomeno dimostra che la materia dello stato primordiale, nel momento in cui quark e gluoni smettono di essere confinati dentro protoni e neutroni, si espande seguendo fedelmente la simmetria geometrica originaria della materia che l’ha generata.
Due scoperte al prezzo di una: cosmologia e fisica nucleare
I risultati ottenuti dal team dell’esperimento ALICE aprono un doppio canale d’indagine per la scienza moderna. Da un lato, la riproduzione del plasma di quark e gluoni offre una finestra di osservazione diretta sulle prime fasi evolutive dello spazio-tempo, quando l’intero Universo esisteva sotto forma di fluido primordiale. Dall’altro, la misurazione del flusso idrodinamico trasforma queste collisioni in uno strumento diagnostico per mappare la geometria interna e la struttura nucleare degli atomi. La sincronia tra la cosmologia e la fisica nucleare permette così di misurare con precisione dettagli subatomici altrimenti inaccessibili.
Oltre i limiti attuali: verso lo studio di elio e micro-sistemi
Spinti da queste evidenze, i fisici del Large Hadron Collider pianificano di ridurre ulteriormente le dimensioni dei sistemi coinvolti nelle collisioni. I prossimi test punteranno a utilizzare nuclei di elio per comprendere fino a che punto un sistema possa rimpicciolirsi continuando a comportarsi come un liquido di particelle elementari libere. Sebbene nell’infanzia del cosmo questo stato permeasse la totalità dello spazio, negli ambienti controllati del CERN esso viene mantenuto in vita solo per una frazione infinitesimale di secondo, sufficiente però a ridefinire la nostra comprensione delle leggi fondamentali della natura.