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visualizzazione di una delle prime collisioni a piena energia, tra ioni d'oro, al Relativistic Heavy Ion Collider di Brookhaven.

Per qualche milionesimo di secondo dopo il Big Bang, l’universo consisteva in una calda “zuppa” di particelle elementari chiamati quark e gluoni. Qualche microsecondo dopo, queste particelle hanno iniziato a raffreddarsi per formare i protoni ed i neutroni, i mattoni con cui costruire la materia.
Per tutto il passato decennio, i fisici intorno al mondo hanno cercato in tutti i modi di ricreare quella “zuppa”, conosciuta come Plasma di Quark e Gluoni, facendo collidere nuclei atomici con abbastanza energia da produrre temperature di trilioni di gradi.

“Se si è interessati nelle proprietà del universo all’età di un microsecondo, il modo migliore per studiarlo non è costruire un telescopio, ma costruire un acceleratore,” ha spiegato Krishna Rajagopal, fisico teoretico del MIT, che studia il Plasma di Quark e Gluoni(QGP: Quark-Gluon Plasma).

Anche se compongono e costruiscono i protoni e neutroni, i quark ed i gluoni si comportano molto diversamente da queste particelle molto più pesanti. Le loro interazioni sono governate da una teoria conosciuta come la Cromodinamica quantistica,sviluppata in parte dai professori del MIT, Jerome Friedman e Frank Wilczek, che hanno entrambi vinto il Nobel per il loro lavoro. Comunque, l’effettivo comportamento dei quark e dei gluoni è difficile da studiare perché sono confinati all’interno di particelle più pesanti. L’unico luogo nell’universo dove esistono gli QGP è dentro gli acceleratori ad alta velocità, per durate cortissime di tempo.

Nel 2005, alcuni scienziati al RHIC(Relativistic Heavy Ion Collider) al Laboratorio Nazionale di Brookhaven, hanno detto di aver creato QGP facendo collidere atomi d’oro a quasi la velocità della luce. Queste collisioni possono produrre temperature fino a 4 trilioni di gradi Celsius, 250.000 volte più calde dell’interiore del Sole, e abbastanza caldo da sciogliere i protoni e neutroni in quark e gluoni.


animazione di una collisione tra nuclei atomici

La “zuppa” super calda e super densa di materia, grande circa un trilionesimo di centimetro in diametro, potrebbe offrire agli scienziati nuove informazioni sulle proprietà del giovane universo. Fino ad ora sono già riusciti a fare la sorprendente scoperta che il Plasma di Quark e Gluoni è un liquido quasi privo di attrito, e non il gas che i fisici si aspettavano.


Collisione tra due nuclei di piombo

Continuando con ulteriori collisioni ad altissima energia, gli scienziati sperano di scoprire di più riguardo alle proprietà del QGP, e se diventa gas a temperature più alte. Vogliono inoltre indagare ulteriormente riguardo alle sorprendenti similitudini osservate tra QGP e gas ultra-freddi(a quasi lo zero assoluto), nelle collisioni ottenute nel loro labboratorio da Martin Zwierlein del MIT e suoi colleghi.

“Entambe le sostenza sono quasi prive di attrito, ed i fisici teorici sospettano che la teoria delle stringhe potrebbe spiegare entrambi i fenomeni” ha dichiarato Rajagopal.

http://web.mit.edu/newsoffice/2010/exp-quark-gluon-0609.html

Fonte: http://link2universe.wordpress.com/2010 ... studiarli/

- La forza debole è l’unica delle quattro forze fondamentali (elettromagnetica, debole, forte e gravitazionale) a violare questa simmetria, con importanti implicazioni sull’evoluzione del nostro Universo dal Big Bang a oggi. In generale, la simmetria di parità garantisce che osservando un qualsiasi processo fisico in un sistema di coordinate spaziali o in un sistema nel quale le coordinate siano invertite rispetto al primo, il fenomeno si ripeta in modo identico, senza alcuna differenza. La conservazione della parità in tutte le interazioni tra particelle è stata considerata un fatto indiscutibile fino al 1956, quando Lee e Young ipotizzarono che non dovesse valere per l’interazione debole. La violazione della simmetria di parità per la forza debole fu definitivamente accettata dalla comunità scientifica un anno dopo, quando il fisico cinese-americano Chien-Shiung Wu poté verificarla sperimentalmente. A causa dell’estrema debolezza della forza debole, tuttavia, il grado di questa violazione non è semplice da misurare. Per condurre la delicata misura, i ricercatori dell’esperimento PVDIS hanno osservato il comportamento degli elettroni nelle collisioni con i quark studiando una caratteristica degli elettroni chiamata “elicità”. L’elicità assume valore positivo se la rotazione dell’elettrone su se stesso (spin) e la sua velocità hanno la stessa direzione e negativo in caso contrario, cioè in un sistema di riferimento speculare, ottenuto dal primo per inversione di tutte le coordinate. Se la parità si conservasse, l’interazione di un elettrone con un quark, non dovrebbe dipendere dall’elicità dell’elettrone. Proprio l’osservazione di questa dipendenza, al contrario, ha permesso ai ricercatori di verificare e misurare la violazione di parità nelle interazioni elettrone-quark. “Misurare la violazione della parità è un metodo molto efficace per ottenere informazioni dettagliate sull’interazione debole tra elettrone e quark, altrimenti difficili da determinare a causa dell’estrema debolezza di questa interazione - ha commentato Guido Maria Urciuoli, ricercatore della Sezione Infn di Roma e uno dei responsabili nazionali dell’esperimento. “L’elettrone, infatti, interagisce con i quark mediante un’interazione dominante, l’elettromagnetica, che conserva la simmetria di parità, e mediante l’interazione debole, molto meno intensa di quella elettromagnetica, che non conserva la parità. La misura della violazione di parità è quindi indiscutibilmente legata alla presenza dell’interazione debole e ne costituisce una preziosa misura indiretta.”]
fisica fisica delle particelle
Roma, 5 febbraio 2014 - La forza debole è l’unica delle quattro forze fondamentali (elettromagnetica, debole, forte e gravitazionale) a violare questa simmetria, con importanti implicazioni sull’evoluzione del nostro Universo dal Big Bang a oggi. In generale, la simmetria di parità garantisce che osservando un qualsiasi processo fisico in un sistema di coordinate spaziali o in un sistema nel quale le coordinate siano invertite rispetto al primo, il fenomeno si ripeta in modo identico, senza alcuna differenza.

La conservazione della parità in tutte le interazioni tra particelle è stata considerata un fatto indiscutibile fino al 1956, quando Lee e Young ipotizzarono che non dovesse valere per l’interazione debole. La violazione della simmetria di parità per la forza debole fu definitivamente accettata dalla comunità scientifica un anno dopo, quando il fisico cinese-americano Chien-Shiung Wu poté verificarla sperimentalmente. A causa dell’estrema debolezza della forza debole, tuttavia, il grado di questa violazione non è semplice da misurare.

Per condurre la delicata misura, i ricercatori dell’esperimento PVDIS hanno osservato il comportamento degli elettroni nelle collisioni con i quark studiando una caratteristica degli elettroni chiamata “elicità”. L’elicità assume valore positivo se la rotazione dell’elettrone su se stesso (spin) e la sua velocità hanno la stessa direzione e negativo in caso contrario, cioè in un sistema di riferimento speculare, ottenuto dal primo per inversione di tutte le coordinate. Se la parità si conservasse, l’interazione di un elettrone con un quark, non dovrebbe dipendere dall’elicità dell’elettrone. Proprio l’osservazione di questa dipendenza, al contrario, ha permesso ai ricercatori di verificare e misurare la violazione di parità nelle interazioni elettrone-quark.

“Misurare la violazione della parità è un metodo molto efficace per ottenere informazioni dettagliate sull’interazione debole tra elettrone e quark, altrimenti difficili da determinare a causa dell’estrema debolezza di questa interazione - ha commentato Guido Maria Urciuoli, ricercatore della Sezione Infn di Roma e uno dei responsabili nazionali dell’esperimento. “L’elettrone, infatti, interagisce con i quark mediante un’interazione dominante, l’elettromagnetica, che conserva la simmetria di parità, e mediante l’interazione debole, molto meno intensa di quella elettromagnetica, che non conserva la parità. La misura della violazione di parità è quindi indiscutibilmente legata alla presenza dell’interazione debole e ne costituisce una preziosa misura indiretta.”
http://www.lescienze.it/lanci/2014/02/0 ... 07-02-2014