Creano il più piccolo “Big Bang” facendo collidere neon e ossigeno: così al CERN si studia l’origine dell’universo

Il più piccolo “Big Bang” di sempre, creato facendo collidere nuclei di neon e ossigeno a velocità prossime a quelle della luce, per studiare l’origine dell’Universo: è questo il nuovo e affascinante esperimento condotto all’interno del Large Hadron Collider (LHC) del CERN, dove i fisici del Niels Bohr Institute dell’Università di Copenagen, in collaborazione con gli scienziati del progetto internazionale ALICE, sono riusciti a produrre un plasma di quark e gluoni, la materia ultra-calda che si ritiene riempisse il cosmo poco dopo il Big Bang, a partire dalla collisione di nuclei atomici molto più piccoli di quanto ritenuto possibile.

Dal plasma di quark e gluoni, la materia primordiale si sarebbe poi espansa ed evoluta nella forma ordinaria che compone tutto ciò che ci circonda, dalle stelle ai pianeti fino a noi stessi, ma come questa conversione sia avvenuta è una delle questioni che gli scienziati cercano di chiarire da tempo.

Un plasma di quark e gluoni esiste infatti solo per una frazione infinitesimale di secondo, troppo poco per poter essere osservato direttamente. Può però essere studiato ciò che succede immediatamente dopo, quando il plasma si espande e si converte in altre particelle. “È un po’ come illuminare un oggetto e vederne l’ombra” spiega Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, ricercatore post-dottorato presso l’Istituto Niels Bohr che ha co-condotto l’esperimento. “Non vediamo direttamente l’oggetto, ma la sua ombra ne rivela la forma. Allo stesso modo, il movimento delle particelle rivela la forma geometrica dei nuclei atomici presenti all’inizio della collisione”.

Cosa ha rivelato il più piccolo “Big Bang” di sempre

Quando i nuclei atomici collidono a velocità prossime a quelle della luce, i quark e i gluoni vengono brevemente liberati dal loro confinamento abituale, ricreando le condizioni che esistevano pochi microsecondi dopo il Big Bang. Nel “Big Bang” più piccolo di sempre, dettagliato sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori si sono spinti al limite delle dimensioni minime dei nuclei atomici, facendo collidere ossigeno-16 e neon-20 per approfondire le caratteristiche e l’evoluzione dello stato estremo della materia che simula le condizioni dei primi istanti dell’Universo.

I risultati mostrano che le particelle che emergono immediatamente dopo l’esistenza del plasma di quark e gluoni si muovono seguendo uno schema che preserva le informazioni sulla forma originale dei nuclei in collisione. “Le collisioni tra due nuclei di ossigeno generano uno schema relativamente arrotondato, mentre le collisioni che coinvolgono il neon creano uno schema distintivo a forma di birillo” precisano i ricercatori.

Questo significa che il comportamento delle particelle che emergono dalla materia allo stato estremo è direttamente influenzato dalla forma geometrica dei nuclei atomici che collidono.

Capire come questa informazione sopravviva all’evoluzione del plasma permette di ricostruire ciò che accade alla materia nei primissimi istanti dell’Universo e di risalire alla forma e alla struttura interna dei nuclei atomici che, altrimenti, sarebbero difficili da ricavare. Secondo i ricercatori, una conoscenza più precisa della struttura nucleare offre inoltre nuovi strumenti per indagare la forza forte, una delle quattro interazioni fondamentali della natura, responsabile della coesione dei quark all’interno di protoni e neutroni.