Plasma Quark-Gluon: cosa è accaduto un microsecondo dopo il Big Bang?

14 miliardi di anni fa, secondo il modello del Big Bang, il nostro Universo iniziò ad espandersi a velocità elevatissime. Un nuovo studio dell’Università di Copenaghen ci spiega cosa è accaduto durante il primo microsecondo dell’Universo tramite lo studio di un tipo specifico di plasma.

The Quark Soup

You Zhou, professore associato presso il Niels Bohr Institute presso l’Università di Copenaghen, insieme al suo team, ha studiato una particolare sostanza chiamata Plasma Quark-Gluon (o QGP) , ovvero l’unica “materia” che esisteva durante il primo microsecondo del Big Bang.

I quark sono particella elementari costituenti fondamentale della materia; ne esistono sei tipi e vengono suddivisi in base a diversi sapori ( ovvero un insieme di numeri quantici o simmetria ): up, down, strange, charm, bottom e top. Il gluone, invece, è un particella elementare che agisce come particella di scambio della interazione forte tra i quark, a questo proposito si trova una forte analogia con lo scambio di fotoni nell’interazione elettromagnetica tra due particelle cariche. Detto in maniera più semplicistica, i gluoni “incollano” insieme i quark, formando adroni, come i protoni e i neutroni.

Le nuove scoperte

In primo luogo, è stato scoperto che il Plasma Quark-Gluon era presente nei primi 0,000001 secondi del Big Bang ed è stato separato dalla calda e velocissima espansione dell’Universo, quindi i pezzi di quark si sono “trasformati” in adroni. Un adrone con tre quark forma un protone, un tassello fondamentale nella struttura dei nuclei atomici e tutto ciò che ci circonda.

Grazie all’utilizzo del Large Hadron Collider del CERN, i ricercatori sono stati in grado di ricreare la storia di quello che è successo. Ma esattamente come fa un collisore a dirci così tanto? Il compito del collisore è quello di distruggere gli ioni di plasma a velocità ultrarelativistiche, cioè prossime alla velocità della luce. Facendo così gli scienziati sono in grado di capire come si è evoluto il QGP negli elementi costituitivi della vita.

Un incredibile passo avanti, oltre all’uso del collisore, è lo sviluppo di un algoritmo in grado di analizzare l’espansione in un insieme di particelle. Questo ci ha dimostrato che il Plasma Quark-Gluon era in una forma liquida che cambiava la sua forma nel tempo, e non a forma di gas, come per molto tempo si è pensato.

“Ci sono voluti 20 anni per scoprire che il Plasma Quark-Gluone scorreva prima di trasformarsi in adroni. Pertanto, la nostra nuova conoscenza riguardo il comportamento in continua evoluzione del plasma è un importante passo avanti per noi”, conclude You Zhou.