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Una Firma Del Plasma Di Quark E Gluoni A Cms?


13 ottobre 2010 ore 16:25   di Dharma  
Categoria Tecnologia e Scienze  -  Letto da 564 persone  -  Visualizzazioni: 1078

L'acceleratore LHC è in funzione da soli sei mesi al CERN di Ginevra, ma già inizia a fornire risultati importanti e innovativi per la fisica delle alte energie. La collaborazione scientifica CMS (una delle più grandi mai creata con i suoi 3100 scienziati ed ingeneri provenienti da 39 nazioni) ha infatti scoperto delle particolari correlazioni tra le particelle prodotte nel corso delle collisioni.

In attesa di accumulare la quantità di dati necessaria per dare una risposta definitiva circa l'esistenza del bosone di Higgs, i ricercatori di CMS stanno infatti esplorando tutte le tipologie di eventi potenzialmente interessanti tra quelli producibili alle formidabili energie del LHC. In particolare si sono occupati dei cosiddetti eventi ad "alta molteplicità", in cui, in seguito all'urto tra protoni, vengono prodotte anche più di cento particelle cariche, che, allontanandosi in tutte le direzioni dal punto di impatto, attraversano i vari strati del rivelatore CMS.


E' proprio analizzando questi eventi ad "alta molteplicità" che i ricercatori della collaborazione CMS hanno individuato una lieve, ma innegabile correlazione angolare tra le tracce di alcune coppie di particelle provenienti dal punto di impatto: è come se alle energie elevatissime e mai prima esplorate del LHC, certe particelle fossero in stretta relazione, associate nel momento della produzione e, in un certo senso, obbligate a stare molto vicine, almeno all'inizio del loro percorso.

Una Firma Del Plasma Di Quark E Gluoni A Cms?

Figura 1: Una collisione tra due protoni a 7 TeV, nel rilevatore CMS, che ha prodotto oltre 100 diverse particelle cariche.

Questo fenomeno ricorda alcuni effetti già osservati al RHIC del Brookeven National Laboratory, a partire da collisioni tra atomi ionizzati a energie treantacinque volte inferiori a quelle del LHC. Ma nulla del genere era mai stato osservato a partire da collissioni protone-protone.

La più affascinante delle interpretazioni è che si tratti di una conseguenza della formazione, in seguito all'urto relativistico tra protoni, di uno stato di materia eccezionalmente denso e caldo, noto come plasma di quark e gluoni. Questo plasma sarebbe molto simile allo stato della materia in cui l'intero Universo si trovava tra i 20 e i 30 microsecondi dopo il Big Bang!

Comunque la collaborazione CMS ha sottolineato che ci sono molte possibili spiegazioni teoriche da considerare e approfondire per comprendere appieno il meccanismo di questa evidenza sperimentale. L'aumento di intensità dei fasci del LHC, previsto per i prossimi mesi, fornirà almeno cento volte più eventi per studiare questo fenenomeno nel dettaglio e per realizzare analisi più raffinate. Guido Tonelli, portavoce di CMS, docente all’Università di Pisa e membro dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, commenta “Abbiamo attivamente cercato questo fenomeno sebbene la sua presenza non fosse stata predetta in urti protone-protone, cosa che lo rende molto interessante. L’aumento dei dati disponibili getterà più luce sull’origine di questo effetto. Questa misura dimostra la potenza e versatilità sia del rivelatore CMS che dei fisici che lo usano. Stiamo esplorando, centimetro per centimetro, i nuovi territori resi accessibili da LHC ”.

Inoltre a partire da novembre nel LHC inizieranno collissioni relativistiche tra ioni pesanti e l'esperimento ALICE, appositamente progettato per l'identificazione e lo studio del plasma di quark e gluoni, potrà chiarire l’origine di questo effetto.
Insomma, a soli sei mesi dall'inizio della presa dati, LHC pone nuove domande sul banco della scienza e, come promesso dai suoi ideatori, apre nuove frontiere per la fisica delle particelle elementari.

Una Firma Del Plasma Di Quark E Gluoni A Cms?

Figura 2: I due grafici mettono a confronto le caratteristiche angolari degli eventi generici con quelle degli eventi ad "elevata molteplicità" (più di 110 particelle cariche). Le variabili Δη e Δφ indicano sostanzialmente l'angolo tra le tracce di due particelle cariche nel piano longitudinale e in quello trasverso; R è la funzione di correlazione. L'evidenza sperimentale della correlazione angolare consiste nei valori maggiori di R in corrispondenza di Δφ=0 e per tutti i valori di Δη (la cresta indicata dalla freccia nel grafico di destra). I picchi più alti in corrispondenza di Δφ=0 e Δη= 0 derivano dai cosiddetti "jet", e sono dovuti al fatto che le particelle prodotte si moltiplicano a cascata e compiono un volo pressochè collineare attraverso il rivelatore. Invece le "colline" che si estendono tra valori di Δφ compresi tra 2 e 4 sono dovute alle coppie di particelle che rimbalzano in direzioni opposte, come ci si aspetta dall'urto pressochè frontale tra i protoni.

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