I fisici mappano il moto delle particelle nel plasma quark-gluone primordiale
Ricercatori del MIT e della UCSB estendono il modello del moto browniano di Einstein per analizzare come si comportano le particelle subatomiche vicine alla velocità della luce
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Fisici del MIT e dell'Università della California, Santa Barbara, hanno formulato una teoria che prevede come le particelle relativistiche viaggino attraverso il plasma quark-gluone, il fluido denso che riempiva l'universo pochi microsecondi dopo il Big Bang. L'innovazione teorica supera un limite secolare della fisica classica calcolando le variazioni di quantità di moto delle particelle che si muovono vicine alla velocità della luce.
Estendere la fluidodinamica di Einstein
Nel 1905, Albert Einstein formulò una spiegazione matematica del moto browniano, il vibrare casuale dei granelli di polline sospesi nell'acqua documentato per la prima volta dal botanico Robert Brown nel 1827. Lavorando allora come esaminatore di brevetti, Einstein dimostrò che questo moto riflette le interazioni microscopiche all'interno di un fluido, dove la resistenza del mezzo controbilancia le collisioni casuali delle molecole circostanti. Sebbene questo modello descriva correttamente liquidi e gas ordinari, mostra i suoi limiti quando viene applicato a particelle relativisticche che viaggiano vicine alla velocità della luce, come riporta MIT News.
«Il nostro risultato rivela una nuova fonte di informazione trasportata dai quark pesanti in rari e insolitamente ampi cambiamenti del loro moto.»
— Jean Du Plessis, Center for Theoretical Physics del MIT
Calcolare le rare spinte di quantità di moto
Per colmare questa lacuna, i fisici teorici Jean Du Plessis del Center for Theoretical Physics del MIT e Bruno Scheihing-Hitschfeld del Kavli Institute for Theoretical Physics della UCSB hanno riesaminato la dinamica delle particelle in condizioni di energia estrema. I loro risultati, pubblicati su Physical Review Letters, rappresentano un'innovazione scientifica di rilievo che calcola le forze specifiche esercitate sui quark pesanti mentre attraversano fluidi ad alta energia. Anziché seguire una distribuzione di probabilità standard a forma di campana, le particelle veloci in questi ambienti subiscono rari e insolitamente ampi spostamenti nel moto che trasportano informazioni dirette sulla disposizione subatomica del mezzo.
Foto: MIT
Ricreare l'universo primordiale negli acceleratori
Il plasma quark-gluone è esistito naturalmente nello spazio per soli pochi microsecondi dopo il Big Bang, a temperature superiori a mille miliardi di gradi. Oggi gli sperimentatori ricreano gocce di questo fluido grandi all'incirca quanto un nucleo atomico in strutture come il Relativistic Heavy Ion Collider del Brookhaven National Laboratory. Facendo scontrare ioni d'oro a velocità prossime a quella della luce, strumenti come il rivelatore STAR registrano i detriti che ne fuoriescono. La nuova formulazione consente ai ricercatori di confrontare i dati sulle traiettorie dei quark pesanti con le previsioni teoriche, stabilendo un metodo strutturato per determinare le proprietà microscopiche della materia nei primi istanti dell'universo.
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