Al CERN è stata osservata per la prima volta una “scia di diffusione” nel plasma di quark e gluoni, l’effetto che i fisici si aspettavano da anni se questa materia primordiale si comporta davvero come un fluido. Il risultato arriva dall’esperimento CMS al Large Hadron Collider e aggiunge una prova diretta a un quadro sorprendente: la materia che riempiva l’Universo subito dopo il Big Bang non si comportava come un gas rarefatto, ma come un liquido quasi perfetto.
La scia è concettualmente simile a quella lasciata da una barca sull’acqua. In questo caso, però, a muoversi nel plasma sono getti di particelle ad altissima energia e il mezzo esiste solo per una frazione minuscola di secondo dopo le collisioni tra ioni pesanti.
Che cos’è la scia osservata nel plasma di quark e gluoni
Quando un oggetto attraversa un fluido, trasferisce energia e quantità di moto al materiale che lo circonda. Il mezzo reagisce e forma una perturbazione dietro l’oggetto. Nel plasma di quark e gluoni, i fisici si aspettavano da tempo un effetto analogo prodotto dai jet, getti di particelle generati nelle collisioni ad alta energia.
Il nuovo risultato, descritto il 28 settembre 2026 dalla University of Illinois Chicago e pubblicato in Physical Review Letters dalla collaborazione CMS, rappresenta la prima osservazione di questa jet diffusion wake.
Perché il plasma del Big Bang si comporta come un liquido
Il plasma di quark e gluoni è uno stato della materia in cui quark e gluoni non sono confinati all’interno di protoni e neutroni come avviene nella materia ordinaria. Si ritiene che una condizione simile sia esistita nei primissimi istanti dopo il Big Bang, prima che l’Universo si raffreddasse abbastanza da formare adroni e successivamente atomi.
Le collisioni tra nuclei pesanti al LHC ricreano per tempi brevissimi temperature e densità sufficienti a produrre questo plasma. Da più di vent’anni gli esperimenti mostrano che il mezzo ha una viscosità molto bassa e un comportamento collettivo tipico di un fluido. La nuova scia aggiunge un fenomeno che finora mancava all’osservazione diretta.
Su iCrewPlay Tech abbiamo già spiegato come collisioni con nuclei diversi permettano di cambiare la geometria iniziale del sistema nel nostro approfondimento sul mini Big Bang creato al CERN con ossigeno e neon.
Come si vede una scia che dura pochissimo
Il problema sperimentale è che il plasma di quark e gluoni nasce e scompare quasi immediatamente. Non può essere fotografato come un liquido in laboratorio. I ricercatori devono ricostruirne le proprietà a partire dalle particelle che emergono dopo la collisione.
I jet sono particolarmente utili perché attraversano il plasma e ne risentono. In pratica funzionano come sonde: osservando come perdono energia e come il mezzo reagisce al loro passaggio, si possono dedurre proprietà che altrimenti sarebbero inaccessibili. Il principio è simile all’uso di una sorgente nota per sondare un materiale dall’interno.
Perché la scoperta ha richiesto quasi vent’anni
Il segnale della scia è debole e deve essere separato dall’enorme quantità di particelle prodotte in ogni collisione. Secondo il gruppo UIC, per anni non c’erano abbastanza dati o strategie di analisi sufficientemente sensibili. Nuovi sviluppi teorici hanno indicato dove cercare la firma e l’aumento della statistica del LHC ha reso possibile distinguerla.
Questo tipo di lavoro dipende quindi sia dalla potenza dell’acceleratore sia dalla capacità di interpretare eventi complessi. Per capire la scala dell’infrastruttura, il nostro articolo sul Large Hadron Collider e il suo funzionamento riassume come vengono accelerati e fatti collidere i fasci.
La scia dimostra com’era tutto l’Universo?
Non direttamente. Gli esperimenti al CERN ricreano condizioni fisiche analoghe a quelle previste per l’Universo primordiale, ma in volumi minuscoli e per tempi brevissimi. L’osservazione serve a testare le proprietà della materia calda e densa e a migliorare i modelli teorici, non a riprodurre in laboratorio l’intera storia cosmica.
Il risultato è comunque importante perché la risposta del plasma ai jet contiene informazioni sulla sua viscosità, sulla distribuzione dell’energia e sul modo in cui le particelle interagiscono nel mezzo. Modelli più accurati permettono di confrontare meglio collisioni diverse e di restringere le possibili proprietà del plasma.
Cosa cambia adesso per gli esperimenti del LHC
L’osservazione della diffusion wake non chiude lo studio del plasma di quark e gluoni. Al contrario, fornisce una nuova grandezza da misurare con precisione. Con più dati, CMS e gli altri esperimenti potranno verificare quanto la forma della scia dipenda dall’energia dei jet, dalla geometria della collisione e dalle proprietà del mezzo.
È un tassello che aiuta a trasformare l’immagine qualitativa del “liquido perfetto” in una descrizione quantitativa. Più precisamente si conosce la risposta del plasma a una perturbazione, più accuratamente si possono ricostruire le condizioni della materia nei primissimi istanti dell’Universo.
