MISURATO AL CERN IL FLUSSO ELLITTICO DI MESONI UPSILON

L'”impronta digitale” di particelle primordiali

Utilizzando il rilevatore di plasma di quark e gluoni Alice, un team internazionale di ricerca è riuscito a osservare per la prima volta una delle firme delle particelle che avrebbero costituito il plasma primordiale: il flusso ellittico di particelle upsilon prodotte dalle collisioni piombo-piombo all'interno dell'acceleratore Lhc del Cern. I risultati sono stati presentati alla recente conferenza della European Physical Society sulla fisica delle alte energie

Il rilevatore Alice (A Large Ion Collider Experiment) del Cern. Crediti: Cern

Pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, l’universo era così denso e caldo che i quark e i gluoni – costituenti base di particelle come protoni, neutroni e altri adroni – esistevano liberamente in stato della materia simil-liquido noto come plasma di quark e gluoni, abbreviato in Qgp: Quark-Gluon Plasma.

Al Cern di Ginevra – il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle, al confine tra Svizzera e Francia – l’esperimento Alice (A Large Ion Collider Experiment), tramite l’acceleratore di particelle Lhc (Large Hadron Collider) può ricreare questo plasma grazie a collisioni di fasci di ioni relativistici come per esempio gli ioni piombo.

In questi esperimenti, tuttavia, la materia prodotta dopo la collisione non può essere osservata direttamente. La sua presenza e le sue proprietà possono però essere dedotte grazie a caratteristiche misurabili, che fungono da vere e proprie “impronte digitali” lasciate dalle particelle di cui è costituita questa materia. Tra le impronte caratteristiche c’è il cosiddetto flusso ellittico, un flusso generato dall’espansione del plasma caldo dopo la collisione, la cui entità dipende da diversi fattori, tra cui: il tipo di particella e la massa; quanto la collisione degli ioni generatori sia “testa a testa”; la quantità di moto delle particelle stesse.

Un’impronta che finora non era mai stata presa. Il team della collaborazione Alice ha presentato nei giorni scorsi alla conferenza Eps-Hep 2019 una nuova ricerca in cui l’esperimento è riuscito a misurare il flusso ellittico di una particolare particella chiamata mesone upsilon. Una tipologia di particella costituita da un quark cosiddetto di tipo bottom (spesso chiamato anche beauty) e dal suo antiquark. Si tratta di particelle create nelle fasi iniziali di una collisione di ioni pesanti che sperimentano l’intera evoluzione del plasma, dal momento in cui viene prodotto a quello in cui si raffredda, e risultano eccellenti per indagare il plasma di quark e gluoni.

A dicembre 2018 sono iniziati i lavori di potenziamento dell’esperimento Alice nell’anello di Lhc. Crediti: Maximilien Brice, Julien Ordan/Cern

Le ricercatrici e i ricercatori della collaborazione Alice hanno determinato in particolare il flusso ellittico delle particelle upsilon osservando le coppie di muoni (i cugini più pesanti dell’elettrone) in cui queste decadono e quello che hanno scoperto è che la grandezza del flusso ellittico delle particelle upsilon – a varie quantità di moto e angoli di collisione – è piccola, rendendo le particelle upsilon i primi adroni che non sembrano presentare un flusso ellittico significativo.

Risultati, questi, che sarebbero coerenti con la previsione che queste particelle upsilon sono in gran parte scomposte nei loro quark costituenti già nelle fasi iniziali della loro interazione con il plasma, e che aprono la strada a misurazioni di precisione più elevata usando i dati del rilevatore aggiornato di Alice , che sarà in grado di rilevare un numero di particelle upsilon dieci volte maggiore.

Per saperne di più:

  • Leggi l’anteprima dello studio “Measurement of Υ(1S) elliptic flow at forward rapidity in Pb-Pb collisions at sNN−−−√=5.02 TeV” della Collaborazione Alice
  • Visita la pagina web della conferenza della European Physical Society sulla fisica delle alte energie

Guarda anche l’intervista realizzata a Fabiola Gianotti, direttrice generale del Cern, sul successore di Lhc: