Al CERN, le collisioni nel LHC generano un nuovo tipo di materia

Credit: CERN

Le collisioni all'interno del Large Hadron Collider (LHC) avrebbero creato un nuovo tipo di materia, chiamata "color-glass condensate", un'oda di gluoni, particelle elementari legate alla forza che tiene insieme i quark all'interno di protoni e neutroni.

Quando gli scienziati hanno accelerato protoni e ioni di piombo (atomi di piombo che contengono 82 protoni, privati dei loro elettroni), le collisioni hanno come liquefatto le particelle, creando nuova materia nelle loro scia. La maggior parte di questa, come previsto, ha lasciano il punto di collisione alla velocità della luce. Ma da recenti osservazioni, analizzando un campione di 2 milioni di collisioni tra protoni e ioni di piombo, i ricercatori hanno notato che alcune coppie di particelle si allontanavano dal punto di collisione in direzioni correlate.

“In qualche modo volano nella stessa direzione anche se ancora non è chiaro come facciano a comunicarla tra loro. Questo ha sorpreso molte persone, inclusi noi”, ha detto Gunther Roland, professore di fisica presso l'MIT.

Un modello simile si riscontra quando particelle pesanti, come ad esempio piombo e piombo, collidono tra loro. In questo caso si viene a creare un plasma di quark e gluoni, la "zuppa calda" di particelle esistenti i primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang.
Ma questo plasma non è possibile con collisioni piombo - protoni  come quelle oggetto dello studio: gli scienziati hanno quindi scoperto che un diverso stato della materia, color-glass condensate, può agire in modo analogo.

Questo denso sciame di gluoni potrebbe produrre l’insolito pattern osservato nelle collisioni tra protoni e ioni di piombo, spiega Raju Venugopalan, scienziato senior presso il Brookhaven National Laboratory che, però non ha direttamente partecipato alla ricerca.

Venugopalan e un suo ex allievo avevano teorizzato l’esistenza della color-glass condensate ancor prima della scoperta diretta.

Mentre i protoni a normali livelli di energia sono costituiti da tre quark, tendono ad aggregarsi a gruppi di gluoni a livelli di energia più elevati. Questi gluoni esistono quindi sia come particelle che come onda e le loro funzioni d'onda potrebbero essere correlate tra loro

Il meccanismo dipenderebbe da uno strano capriccio delle particelle, chiamato entanglement quantistico.
Due particelle possono restare connesse tra loro anche se separate, in modo tale che un'azione di una, si ripercuota sull'altra.
Questo, potrebbe spiegare come le particelle, che volano via dalla collisione, possano condividere informazioni, come la direzione della traiettoria di volo, spiega Venugopalan

Il nuovo fenomeno in realtà non sarebbe dovuto accadere: le collisioni tra protoni e ioni di piombo sarebbero dovute servire come "sistema di riferimento" per altri esperimenti.

"Non ci si aspettava di vedere effetti tipici del plasma di quark e gluoni con le collisioni tra protoni e piombo" ha detto Roland. "Doveva essere una specie di riferimento, un modo per riuscire a studiare gli effetti di sfondo e poi sottrarli dagli effetti nelle collisioni tra piombo e piombo."

Un documento con gli inattesi risultati verrà pubblicato sulla rivista Physical Review B e ora è disponibile su arXiv.