LHC: raggiunto nuovo record di energia durante la collisione tra ioni

Il Large Hadron Collider (LHC), l’acceleratore più potente al mondo lungo 27 km e operativo al CERN di Ginevra, ha stabilito il record più alto di energie generate durante le collisioni avvenute tra nuclei di piombo. Già da questa estate gli scienziati dell’LHC avevano fatto collidere particelle cariche a livelli di energia sempre più elevata ma, questa volta, sono stati fatti collidere ioni a livelli di energia quasi doppi rispetto ai precedenti esperimenti. 

Gli esperimenti mirano a capire e a studiare le proprietà di sistemi fortemente interagenti tra loro a elevata densità e lo stato della materia dell'universo subito dopo il Big Bang.

Immagine - 1 - Una delle prime collisioni tra due ioni di piombo registrate all'interno del rilevatore ALICE (Credits: ALICE ©CERN). L'energia stimata è di 1000 TeV. I nuovi esperimenti iniziano a lavorare su una scala di PeV (Peta elettronVolt). Il rivelatore ALICE ha registrato decine di migliaia di particelle. In questa visualizzazione dal vivo le tracce delle particelle sono mostrate in colori che corrispondono alla loro massa e al tipo a partire dal punto di collisione fino al rivelatore. Credits: CERN.

All'inizio, pochi miliardesimi di secondo dopo il Big Bang, l'universo era costituito da un 'brodo primordiale' denso e estremamente caldo costituito da particelle fondamentali, soprattutto quark e gluoni.
Questo stato è chiamato plasma di quark e gluoni (QGP: Quark-Gluon Plasma). Circa un milionesimo di secondo dopo il Big Bang, i quark e gluoni sono stati confinati all'interno dei protoni e dei neutroni, gli attuali costituenti dei nuclei atomici.

La cosiddetta forza forte, mediata dai gluoni, lega i quark a vicenda e in circostanze normali, li intrappola all’interno delle particelle nucleari. Tuttavia, è possibile ricreare uno stato della materia che consiste di quark e gluoni, che si comporta come un liquido a molto simile allo stato della materia prevalente nell'universo primordiale. I ricercatori sono riusciti a realizzare tale stato alle temperature più elevate mai raggiunte facendo collidere gli ioni di piombo nell’LHC.

«L'energia di collisione tra due nuclei raggiunge 1000 TeV. Questa energia è concentrata in un volume che è più piccolo di circa 10^27 (miliardo di miliardo di miliardo) volte. La concentrazione di energia (densità) è quindi enorme e non è mai stata realizzata prima in condizioni terrestri» spiega Jens Jørgen Gaardhøje, professore all'Istituto Niels Bohr dell'Università di Copenaghen e coordinatore del gruppo di ricerca danese all'interno dell'esperimento ALICE al CERN.

Lo stato dell'Universo

Lo scopo delle collisioni è quello di trasformare la maggior parte dell'enorme energia cinetica dei nuclei atomici che si scontrano in materia, nella forma di una serie di nuove particelle (quark) e loro antiparticelle (antiquark) in conformità con la famosa equazione di Einstein E = Mc2 scrive Jens Jørgen Gaardhøje. Questa attività crea, per un breve istante, un piccolo volume della materia di quark, antiquark e gluoni che ha una temperatura di oltre 4000 miliardi di gradi.

Immagine 2 - I dati generati il 25 novembre dal Compact Muon Solenoid durante il nuovo ciclo di collisioni di ioni pesanti presso il Large Hadron Collider. Credits: CERN

Le prime collisioni sono state registrate dai rivelatori dell’LHC, tra cui il rivelatore di ioni pesanti dedicato ALICE, subito dopo che sono stati fatti collidere due fasci circolanti opposti alle 11:15 del 25 Novembre.

"Mentre è ancora troppo presto per un'analisi completa, le prime collisioni effettuate indicano che sono state create più di 30.000 particelle per ogni singola collisione. Ciò corrisponde a una densità di energia senza precedenti, circa 20 GeV/fm3. Si tratta di più di 40 volte la densità di energia di un protone" scrive Jens Jørgen Gaardhøje.

L’estrema densità di energia permetterà ai ricercatori di sviluppare nuovi e dettagliati modelli del plasma di quark e gluoni e dell'interazione forte che lega insieme i quark e la materia nucleare, così da comprendere le condizioni prevalenti nell'universo primordiale, un miliardesimo di secondo dopo il Big Bang.