Nelle profondità del Large Hadron Collider (LHC) - l'acceleratore di particelle più potente al mondo - gli scienziati hanno finalmente visto qualcosa che per decenni era sfuggente. Si tratta della "scia di diffusione" (diffusion wake), lasciata da un quark o gluone veloce mentre attraversa il plasma di quark e gluoni - un "brodo" super caldo e denso di costituenti elementari della materia, simile allo stato dell'universo nei primi microsecondi dopo il Big Bang.
Immaginate: due nuclei di piombo vengono accelerati a velocità prossime a quelle della luce e si scontrano nel rivelatore CMS. In quel momento nasce il plasma di quark e gluoni - un ambiente in cui quark e gluoni (partoni) esistono liberamente, non confinati all'interno di protoni e neutroni. Quando un partone ad alta energia attraversa questo plasma, perde energia e impulso, lasciando un disturbo simile alla scia di una barca sull'acqua. La teoria prediceva un tale effetto più di 20 anni fa, ma non era mai stato possibile rilevarlo sperimentalmente in modo affidabile - il segnale era troppo debole rispetto ad altri processi.
In precedenza, gli scienziati cercavano tracce negli eventi con jet (getti di particelle) e bosoni Z, ma il rumore di altri effetti mascherava il quadro. Il team, guidato da ricercatori dell'Università dell'Illinois a Chicago (UIC), tra cui Raghunath Pradhan e Olga Evdokimov, ha adottato un nuovo approccio. Si sono concentrati sugli eventi di digetto - quando due jet vengono emessi quasi in direzioni opposte. Ciò ha permesso di separare meglio il segnale della scia dallo sfondo.
L'analisi dei dati delle collisioni piombo-piombo a un'energia di 5,02 TeV per nucleone ha mostrato un quadro chiaro: i jet sono seguiti da un notevole impoverimento di particelle a basso impulso (nell'intervallo 1-2 GeV). L'effetto si intensifica nelle collisioni centrali, più "dense", dove si forma più plasma. La significatività ha superato le cinque deviazioni standard - un livello che nella fisica delle particelle è considerato una scoperta affidabile.
"Questa è la culminazione di anni di ricerca", ha affermato Olga Evdokimov. "L'osservazione e la quantificazione della scia di diffusione apre le porte alla caratterizzazione precisa delle proprietà del plasma di quark e gluoni e fornisce nuovi spunti sull'evoluzione dell'universo primordiale".
I risultati, accettati per la pubblicazione su Physical Review Letters (articolo HIN-25-012), non si limitano a confermare la teoria. Aiutano a capire meglio come si è comportata la materia nei primissimi istanti del cosmo - quando da questo plasma si sono formati i primi protoni, neutroni e, infine, tutto l'universo visibile. Il plasma si comporta come un fluido perfetto, interagendo fortemente con le particelle che lo attraversano, piuttosto che come un gas rarefatto.
Per il grande pubblico, questo è un promemoria di come i laboratori sulla Terra ci permettano di intravedere condizioni non accessibili all'osservazione diretta. Ogni nuova "scia" catturata nell'acceleratore ci avvicina alla comprensione di come dal caos dei primi istanti sia emerso il cosmo ordinato in cui esistiamo. E la ricerca, ovviamente, continua.
