Gli scienziati lo hanno appena visto accadere. O meglio, hanno constatato l’assenza di qualcosa che dimostri che un fenomeno è esistito fin dai primi secondi successivi al Big Bang.
Ci sono voluti due decenni per distruggere i nuclei di piombo a una velocità prossima alla luce. Ma il Large Hadron Collider (Lhc) ha finalmente prodotto la “scia di diffusione” all’interno del plasma di quark e gluoni che i fisici avevano previsto più di 20 anni fa. È una piccola increspatura nel brodo cosmico. Una scia lasciata dalle particelle che sfrecciano attraverso lo stato più antico dell’universo.
Perché non abbiamo mai visto prima la scia di diffusione
Ecco il problema con la fisica delle alte energie: il segnale è debole. Il rumore è assordante.
Per vent’anni i team hanno cercato queste scie utilizzando i bosoni Z. Hanno distrutto gli atomi, hanno cercato getti accanto al bosone Z e speravano di intravedere il disturbo nel plasma. Le prove c’erano, più o meno. Ma è stato soffocato. Altri effetti legati al getto mascheravano i sottili segnali delle onde. I dati non erano abbastanza puliti. Non puoi chiamare scoperta una scoperta se non puoi separarla statisticamente dallo statico.
Per un po’ mi è sembrato impossibile.
Così i ricercatori dell’Università dell’Illinois Chicago hanno cambiato strategia. Hanno smesso di inseguire i bosoni Z per questo test specifico. Invece, hanno utilizzato l’LHC per creare eventi “dijet”. Due getti. Uno dopo l’altro. Come proiettili gemelli che sparano in direzioni opposte dal centro di una collisione.
Questa forma è importante. La simmetria consente agli scienziati di eliminare il rumore.
Cos’è esattamente il plasma di quark-gluoni?
Non puoi trovare un quark o un gluone solitario nella tua cucina. O sulla Luna. Nell’universo di oggi, sono rinchiusi in protoni e neutroni, strettamente legati come parte di particelle più grandi chiamate adroni.
Per liberarli, hai bisogno di un’energia folle.
L’LHC frantuma insieme i nuclei di piombo. La collisione riscalda la materia fino a trilioni di gradi. Fonde i protoni. Ciò che ottieni è plasma di quark e gluoni. È la “zuppa” di microsecondi di cui era fatto l’universo primordiale dopo il Big Bang. Caldo. Denso. Simil-fluido.
Quando le particelle si muovono attraverso questo fluido, non si limitano a sfrecciare oltre. Interagiscono. Perdono slancio. Spingono via il plasma. Come una barca che solca l’oceano. La fisica prevede una scia. Una scia di diffusione.
Il segno che lo ha dimostrato reale
La nuova misurazione è semplice ma elegante. Il team ha esaminato la regione dietro la direzione in cui viaggiavano i jet.
Spazio vuoto. O vicino ad esso.
Hanno notato una chiara mancanza di particelle nella zona della scia, soprattutto a momenti più bassi. Questo deficit è la firma della scia. Corrisponde perfettamente alla teoria.
“Questa osservazione è il culmine di una ricerca decennale”, afferma Olga Evdokimova, capogruppo dell’UIC.
In realtà, dice che sono passati più di vent’anni. Il fenomeno era stato previsto due decenni fa. Rimase sfuggente finché questo nuovo approccio non rese il segnale più forte del caos di sottofondo.
L’effetto è stato più forte nelle collisioni piombo-piombo centrali. Questi incidenti creano le masse più dense di plasma di quark e gluoni sulla Terra. Più plasma significa più attrito per i getti. Più attrito significa una scia più grande e più visibile.
Perché questo è importante per la cosmologia
Raghunath Pradhan, un altro leader dell’UIC, lo ha definito un apriporta. Caratterizzazione di precisione. Questo è ciò che possiamo fare ora.
Comprendere come le particelle perdono energia in questo plasma ci aiuta a modellare l’universo primordiale. Possiamo simulare la densità e il flusso del cosmo subito dopo la sua nascita con maggiore precisione. Trasforma le congetture teoriche in dinamiche misurate.
Stiamo mappando l’attrito del Big Bang.
E non è stato un bel data mining. È stato necessario abbandonare un vecchio metodo e scommettere sulla geometria dei dijet. Un rischio che ha dato i suoi frutti.
Allora dove andremo dopo? Probabilmente ad altre collisioni. Altri tipi di partoni. L’LHC continua a girare. Il plasma continua a bollire.
Finalmente abbiamo una visione chiara dell’ondulazione. Ora dobbiamo capire l’oceano.
