Questa domenica terza ed ultima puntata sulle forze nucleari. Eravamo arrivati a capire che i costituenti dei nuclei atomici (protoni e neutroni) NON sono affatto palline inerti ma oggetti interagenti e complessi composti a loro volta da quark e gluoni COLORATI. 👇👇👇👇 
30/ Sappiamo ora che la sarabanda cromo-dinamica di quark e gluoni rende conto del 99% della massa del protone che quindi è energia. Proviamo ad entrare dentro il protone, nel “Paese delle Meraviglie” in cui quark e gluoni vivono come “particelle libere” pur essendo ingabbiati.
31/ Per cercare di “liberare” quark e gluoni solo per un istante infinitesimo tenteremo di ricostruire le condizioni presenti nell’universo 1 milionesimo di secondo dopo il Big Bang e di osservarle con gli “occhi” traccianti dell’esperimento @ALICEexperiment del #CERN.
32/ Le collisioni tra protoni sono decisamente “sporche”: creano molte particelle che fanno “rumore”. Per questo trovare il bosone di Higgs è stato difficile. Era come cercare di sentire il frinire di un grillo durante un bombardamento a tappeto della seconda guerra mondiale.
33/ Se un protone vi pare complicato ora pensate a un nucleo di piombo: ci sono 82 protoni e 126 neutroni e dentro ognuno di loro troviamo 3 quark e un “mare” ronzante di gluoni. Pensate a che può succedere facendo scontrare 2 nuclei di piombo ad energie ultra-relativistiche!
34/ Esatto: si crea una sorta di palla di fuoco. I due nuclei di piombo “fondono” come anche i protoni e i neutroni. Per un istante si forma un “liquido” cromo-dinamico super-caldo e super-denso fatto quark e gluoni deconfinati che può essere studiato “statisticamente”.
35/ Questa materia è un plasma nucleare, ossia uno stato in cui le cariche di COLORE sono delocalizzate in uno spazio molto più grande del diametro del protone: abbiamo fatto scontrare due grossi nuclei di piombo quindi i quark e gluoni si distribuiscono su un “grande” volume.
36/ Dato il grosso numero di particelle in gioco ed un volume relativamente grande possiamo descrivere il quark-gluon plasma con un approccio termodinamico: si è visto che è un liquido superfluido (senza viscosità) ed ha anche una sua TEMPERATURA.
37/ La temperatura è pazzesca: la goccia di liquido primordiale creata dalla collisione di due nuclei di piombo in #LHC ha una temperatura di 5500 miliardi di gradi, 360000 volte la temperatura del centro del sole! Condizioni così estreme sono esistite solo dopo il Big Bang.
38/ Dopo 1 milionesimo di secondo dalla nascita, l’universo era quindi pieno di quark-gluon plasma (QGP) che si è poi trasformato in materia ordinaria la quale a sua volta ha creato tutte le strutture che vediamo oggi: galassie, stelle, pianeti ed esseri viventi.
39/ La transizione del quark-gluon plasma in materia ordinaria è molto interessante. Infatti se l’universo fosse nato in uno stato assolutamente omogeneo sarebbe difficile spiegare come siano emerse le strutture che vediamo oggi intorno a noi.
40/ C’è un parallelismo tra il “Little Bang” creato dalla collisione di ioni piombo e il BigBang cosmologico. La transizione del quark-gluon plasma a materia ordinaria è simile all'eco del BigBang che “vediamo” nel cielo (radiazione cosmica di fondo, Cosmic Microwave Background).
41/ Questa radiazione elettromagnetica di fondo risale a 380000 anni dopo il Big Bang è composta da microonde e riempie in modo estremamente uniforme in ogni regione del cielo. Tuttavia anche in questo caso troppa uniformità rimane difficile capire senza spiegazioni ad hoc.
42/ Visto che il cosmo presenta delle strutture ci devono essere state delle microscopiche disomogeneità iniziali: i semi attorno a cui si è aggregato tutto ciò che possiamo vedere in una notte stellata: galassie, stelle ed in ultima analisi anche noi stessi.
43/ Quando parliamo dell’universo, questi semi, le piccole ma non nulle disomogeneità iniziali sono probabilmente il risultato delle fluttuazioni dovute al principio di indeterminazione della meccanica quantistica amplificate su scala cosmologica.
44/ Lo studio della transizione del quark-gluon plasma in materia ordinaria è quindi fondamentale per verificare come la cromo-dinamica quantistica “firmi” ciò che alla fine vediamo sotto forma di materia ordinaria in apparati come #ALICE.
45/ Questo è il motivo per cui #ALICE deve essere in grado di misurare con precisione TUTTE le particelle ordinarie che emergono dal quark-gluon plasma, come una fotocamera con risoluzioni straordinarie di 12500 megapixel e 560 megavoxel (pixel 3D).
46/ Quindi computer potenti e analisi statistico-matematiche di dati delle collisioni di ioni piombo ricostruiscono i vari effetti che si nascondono “dentro” la materia ordinaria per svelare i segreti del “Paese delle Meraviglie” creato dalla palla di fuoco di quark-gluon plasma.
