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Gli esperimenti di LHC forniscono nuovi elementi sulla materia dell'Universo Primordiale

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13 Agosto 2012
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Collisione di ioni pesanti registrata da ALICE (Image: CERN)

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Ginevra, 13 agosto 2012. Esperimenti che usano ioni pesanti al Large Hadron Collider del CERN (LHC) stanno portando nuovi elementi per la comprensione dell'Universo primordiale. La collaborazione tra ALICE, ATLAS e CMS ha fornito nuove misurazioni sul tipo di materia che probabilmente è esistita nei primi istanti dell'Universo. Gli ultimi risultati verranno presentati al convegno “Quark Matter 2012” che comincia oggi a Washington DC.

Le nuove scoperte sono basate principalmente sui risultati di quattro settimane del 2011 in cui LHC ha lavorato con ioni di piombo negli esperimenti che raccolsero 20 volte più dati che nel 2010.

Immediatamente dopo il Big Bang, quark e gluoni, elementi fondamentali della materia, non furono confinati in particelle composite come protoni e neutroni, così come sono oggi. Si mossero invece liberamente, in uno stato di materia noto come “plasma di quark-gluoni”. Collisioni di ioni di piombo nel LHC, l'acceleratore di particella più potente del mondo, ricreano condizioni di momenti fugaci simili a quelli dell’Universo Primordiale. Esaminando circa un miliardo di queste collisioni, gli esperimenti sono stati in grado di fare misurazioni più precise delle proprietà della materia in queste condizioni estreme.

“Il campo della fisica dello ione pesante è cruciale per provare le proprietà della materia nell'Universo primordiale, una delle domande-chiave della fisica fondamentale che LHC ed i suoi esperimenti sono progettati per risolvere. Dimostra come, oltre all'investigazione che ha portato alla recente scoperta del bosone di Higgs, i fisici al LHC stanno studiando molti altri importanti fenomeni come le collisioni protone-protone e piombo-piombo”  ha detto il Direttore Generale del CERN Rolf Heuer.

Alla Conferenza di Washington ALICE, ATLAS e CMS presenteranno le precise caratteristiche della struttura più densa e calda mai studiata in laboratorio –100.000 volte più calda che l'interno del Sole e più densa di una stella di neutroni.

ALICE presenterà una ricca esposizione di nuovi risultati su tutti gli aspetti dell'evoluzione, nel tempo e nello spazio, della materia ad alta densità e ad interazione forte. Una importante quantità di studi sulle “charmed particles”, che contengono un charm quark o un anti-charm quark. Charm quark 100 volte più pesanti dei quark up e dei quark down che normalmente formano la materia vengono significativamente decelerati dal loro passaggio attraverso il plasma di quark-gluoni, offrendo agli scienziati uno strumento unico per sondare le loro proprietà. I fisici di ALICE riporteranno informazioni sul fatto che il flusso nel plasma è così forte che le “charmed particles” pesanti vengono trascinate da esso. L'esperimento ha rilevato anche indicazioni di un fenomeno di termico che comporta la ricombinazione di charm e anti-charm quark per formare il “charmonium.”

“Questo è solamente un esempio della portata delle opportunità scientifiche dell'esperimento di ALICE,”  ha affermato Paolo Giubellino, portavoce di ALICE. “Con i dati ancora da analizzare e gli ulteriori dati in elenco per il prossimo febbraio, siamo più vicini che mai ad una rivelazione sulle proprietà dello stato primordiale dell'Universo: il plasma di quark-gluoni.”

Negli anni ottanta, la dissociazione iniziale del charmonium fu proposta come una conferma diretta della formazione del plasma di quark-gluoni, e le prime informazioni sperimentali di questa dissociazione furono riportate da esperimenti condotti al CERN con il Super Proton Synchrotron nel 2000. Oggi l’energia molto più alta del LHC rende possibile per la prima volta lo studio di stati similari agli stati dei quark-beauty, ancora più pesanti. L'ipotesi era che, a causa dalla loro energia vincolante, alcuni di questi stati producessero la “fusione” nel plasma prodotto, mentre altri scamperebbero alla temperatura estrema. L'esperimento di CMS ora rileva chiari segni della soppressione degli stati “quarkonium” (quark-antiquark), come ci si aspettava.

“Il CMS presenterà importanti nuovi risultati sullo ione pesante, non solo sulla soppressione del quarkonium, ma anche sulle proprietà della massa dello strumento e su una varietà di studi sul “jet quenching”  ha detto Giuseppe Incandela, portavoce del CMS.Stiamo affrontando una nuova era e una eccitante ricerca ad alta precisione sull’interazione forte della materia, alle energie più alte prodotte nel laboratorio."

Il jet quenching è il fenomeno in cui l’alta energia che sprigiona le particelle subisce una interruzione delle stesse particelle nel plasma denso di quark-gluoni, fornendo agli scienziati dettagliate informazioni sulla densità e le proprietà della materia prodotta. ATLAS relazionerà sulle nuove scoperte del jet quenching, incluso uno studio di alta precisione su come i jet frammentano la materia, e sulle correlazioni tra jet e i bosoni a carica debole. I risultati sono complementari alle altre eccitanti scoperte, incluse le interruzioni del flusso del plasma.

“Abbiamo iniziato una fase nuova nella quale noi non solo osserviamo il fenomeno di plasma di quark-gluoni, ma possiamo fare anche misurazioni ad alta precisione usando una varietà di sonde”  ha detto Fabiola Gianotti, portavoce di ATLAS. Gli studi contribuiranno significativamente alla nostra comprensione dell’Universo Primordiale.”


Per saperne di più:

Conferenza Quark Matter 2012

http://qm2012.bnl.gov

ALICE

http://aliceinfo.cern.ch/Public/Welcome.html

ATLAS

http://www.atlas.ch 

CMS

http://cms.web.cern.ch/news/new-cm-pesante-ione-risultato-quark-questione-2012-conferenza

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