Un passo avanti nella comprensione del plasma primordiale
Una rivelazione senza precedenti ha scosso il mondo della fisica delle particelle: per la prima volta, una coppia di quark top è stata rilevata all’interno del detrito prodotto da una collisione tra due nuclei pesanti di piombo. L’evento, registrato al Large Hadron Collider (LHC), segna un traguardo cruciale per la nostra comprensione della materia primordiale e della nascita dell’Universo.
La scoperta conferma che tutti e sei i “sapori” di quark erano presenti nei primissimi istanti dopo il Big Bang, immersi in quella che i fisici chiamano la “zuppa primordiale”, ovvero il plasma di quark e gluoni. Questo stato della materia esisteva per una frazione infinitesimale di secondo prima che l’Universo iniziasse a raffreddarsi e le particelle si legassero per formare la materia come la conosciamo oggi.
Cos’è il plasma di quark e gluoni?
Il plasma di quark e gluoni (QGP) è una forma estrema di materia in cui i quark (i costituenti fondamentali di protoni e neutroni) e i gluoni (le particelle che li tengono insieme) si liberano dai loro legami e interagiscono liberamente. Questa condizione esiste solo a temperature e densità elevatissime, simili a quelle dell’Universo subito dopo il Big Bang.
Studiarlo è tutt’altro che semplice: il QGP decade in tempi rapidissimi – parliamo di circa 10⁻²³ secondi. Ancora più sfuggenti sono i quark top, i più massicci tra i sei tipi conosciuti, che vivono solo 10⁻²⁵ secondi. A causa della loro brevissima esistenza, questi quark decadono prima ancora che la materia possa stabilizzarsi in adroni, le particelle che compongono il nucleo atomico.
La sfida tecnica della rilevazione
La chiave della nuova scoperta è stata la capacità di rilevare indirettamente i quark top attraverso i prodotti del loro decadimento, in particolare nel cosiddetto canale dileptonico. In questo scenario, ciascun quark top decade in un quark bottom e un bosone W, che a sua volta si trasforma in un neutrino e un leptone (elettrone o muone).
I ricercatori del team ATLAS hanno registrato questo evento con una significatività statistica di 5,03 sigma, ben oltre la soglia di cinque sigma necessaria per classificare un’osservazione come scientificamente valida e non casuale.
Perché questa scoperta è così importante?
Fino a oggi, i quark top erano stati osservati in collisioni tra protoni e ioni di piombo, ma mai tra due nuclei pesanti. Questo passo avanti dimostra che anche i quark più pesanti possono essere generati ed esaminati nel contesto del QGP. Il fatto che i quark top decadano prima della formazione degli adroni permette agli scienziati di ottenere informazioni non alterate dal processo di adronizzazione, rendendoli strumenti unici per investigare le primissime fasi del plasma.
In pratica, è come se i quark top fossero delle “fotografie” istantanee dell’alba dell’Universo, rivelando dettagli che altri tipi di particelle non sono in grado di conservare.
Verso nuove frontiere della fisica
La scoperta apre nuove prospettive per lo studio dell’Universo primordiale, offrendo un nuovo strumento per analizzare le proprietà del plasma di quark e gluoni, e in ultima analisi, per comprendere come l’Universo si sia evoluto nei suoi primissimi istanti.
Con tecniche sempre più raffinate e l’ausilio dei più potenti acceleratori al mondo, la fisica delle particelle si sta spingendo oltre i confini della materia conosciuta, alla ricerca delle condizioni originarie che hanno dato vita a tutto ciò che esiste.
