Le collisioni di ossigeno al LHC mostrano nuove indicazioni di stati estremi della materia nei primi microsecondi dopo il BIG BANG
I quattro grandi esperimenti del Large Hadron Collider (LHC) – ALICE, ATLAS, CMS e LHCb – hanno confermato la presenza del plasma di quark e gluoni (QGP) anche nelle collisioni tra ioni leggeri.
Cos'è il QGP e il cambio di paradigma
Stato primordiale: Il QGP è uno stato della materia generato a temperature e pressioni estreme (oltre 100.000 volte superiori a quelle del centro del Sole), in cui le particelle composite si disgregano nei loro costituenti fondamentali (quark e gluoni). Ricrea le condizioni dell'Universo nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang.
Nuova scoperta: Tradizionalmente si riteneva che il QGP potesse formarsi solo mediante la collisione di ioni molto pesanti (come il piombo). Le ultime analisi hanno smentito questa teoria, dimostrando segni chiari di formazione di QGP anche in collisioni di ioni leggeri come ossigeno-ossigeno e neon-neon, oltre che protone-protone e protone-piombo.
Le prove individuate dai quattro esperimenti
ATLAS (Perdita di energia dei partoni): Ha registrato uno squilibrio nelle coppie di getti di particelle emesse nelle collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon. Questo fenomeno dimostra che i partoni veloci perdono energia attraversando il plasma denso, con un effetto più marcato nelle collisioni centrali.
CMS (Soppressione di particelle e mesoni Upsilon): Ha rilevato una riduzione nella produzione di particelle cariche nelle collisioni di ioni leggeri rispetto a quelle protone-protone. Ha inoltre osservato una soppressione variabile dei mesoni upsilon (coppie di quark bottom-antibottom), tipica dell'interazione con il QGP.
LHCb (Impatto delle dimensioni degli ioni): Ha confrontato la soppressione delle particelle composte da un quark charm e un quark leggero nelle collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon, confermando che la soppressione aumenta con l'aumentare delle dimensioni dello ione (neon rispetto all'ossigeno).
ALICE (Pioni e Flusso Anisotropico): Ha confermato la perdita di energia confrontando la produzione di pioni neutri tra collisioni ossigeno-ossigeno e protone-ossigeno. Ha inoltre rilevato un flusso anisotropico (emissione direzionale preferenziale) più forte nei barioni (3 quark) rispetto ai mesoni (2 quark), prova chiave dell'influenza del QGP sulle particelle.
Gli scienziati stanno proseguendo l'analisi dei dati raccolti, in attesa del futuro potenziamento dell'acceleratore a High-Luminosity LHC, che consentirà studi ancora più approfonditi sulle proprietà del plasma primordiale.