Difficile pensare che esista qualcosa di più caldo del cuore del Sole e più denso del nucleo di un atomo. Eppure, è proprio quanto hanno ottenuto i fisici del Cern di Ginevra nei loro acceleratori. Gli esperimenti mostrano prove convincenti dell’esistenza di un nuovo stato della materia, in cui persino neutroni e protoni si “disintegrano” e i quark che li costituiscono si muovono liberamente in un plasma 20 volte più denso di un nucleo e 100 mila volte più caldo del Sole. Il risultato è stato annunciato con una conferenza stampa il 10 febbraio scorso cui ha partecipato lo stesso direttore del Cern Luciano Maiani.
Sarebbe la prima volta che questo plasma di quark e gluoni (o più brevemente Qgp) viene osservato e, se confermato, il risultato sarebbe un’ulteriore conferma della teoria del Big Bang, l’esplosione primordiale che avrebbe dato inizio all’universo tra 12 e 15 miliardi di anni fa. Secondo i fisici, infatti, questo stato della materia è esistito solo nei primissimi istanti successivi al Big Bang. Poi, appena la materia ha iniziato a espandersi e raffreddarsi, il Qgp si è condensato formando i neutroni, i protoni e le altre particelle elementari, più o meno come accade al vapore acqueo quando raffreddandosi si condensa in goccioline d’acqua.
La caccia al Qgp è iniziata nel 1994 con un progetto che i ricercatori hanno scherzosamente battezzato Little Bang. La prima difficoltà era raggiungere la temperatura e l’energia sufficiente a disintegrare le particelle nucleari “liberando” i quark che le costituiscono. Il risultato è stato ottenuto facendo collidere tra loro nuclei di piombo a un’energia di 3,5 Teraelettronvolt (mille miliardi di elettronvolt). I nuclei di piombo, il cui peso atomico è 208, sono molto più pesanti delle particelle che normalmente circolano negli acceleratori. I fisici del Cern, composto da scienziati provenienti da Repubblica Ceca, Francia, India, Italia, Germania, Svezia e Svizzera, hanno dovuto progettare e costruire strumenti del tutto nuovi, nonché adattare alcuni vecchi acceleratori del laboratorio di Ginevra, come il Proto Sincrotrone e il Super Proto Sincrotrone.
Ma l’aspetto più complesso dell’impresa è stato senza dubbio riuscire a osservare effettivamente il Qgp. Il problema è che i fisici possono osservare direttamente solo i “frammenti” del Little Bang, cioè le particelle che raggiungono i rivelatori. Da questi segnali bisogna poi ricostruire cosa è avvenuto prima e capire se le particelle rilevate sono state effettivamente generate dal plasma di quark e gluoni. La faccenda non è affatto facile e al Cern sono giunti al risultato finale solo dopo aver confrontato e integrato le osservazioni di ben sette esperimenti indipendenti, ciascuno dei quali doveva cercare una particolare “firma” del Qgp.
Le conclusioni assomigliano dunque a un gigantesco puzzle e sebbene i comunicati del Cern parlino di “prove circostanziali” i ricercatori sono piuttosto fiduciosi di aver osservato effettivamente il Qgp. Infatti, ogni tentativo di interpretare i risultati dei sette esperimenti utilizzando le normali teorie sull’interazione delle particelle sono falliti, mentre le osservazioni sono compatibili con l’esistenza del Qgp.
“Questo risultato è un importante passo avanti nella comprensione dell’evoluzione iniziale dell’universo”, ha dichiarato Maiani, “ora la sfida passa ai nostri colleghi del Relativistic Heavy Ion Collider (Rhic) del Brookhaven National Laboratory e più tardi al Large Hadron Collider (Lhc) qui al Cern”. Infatti, tutte le proprietà dello stato della materia appena scoperto rimangono ancora da studiare ed è proprio questo il compito che toccherà ai nuovi acceleratori di Brookhaven e del Cern.
