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0074. Cosa si intende per plasma a livello dei quark?

espertomini

 In una delle vostre risposte spiegate cos'è il plasma, ma ho sentito parlare di un altro tipo di plasma a livello dei quark. Ho capito male o si tratta di un fenomeno diverso da quello che voi descrivete nella vostra risposta numero 4 ? (Mario Sassi)


sem_esperto_verdeDa una trentina d'anni sappiamo che i protoni e i neutroni che compongono i nuclei atomici, così come tutte le altre particelle che sono sottoposte alle interazioni nucleari forti (note sotto il nome collettivo di " adroni icona_glossario "), non sono oggetti elementari, puntiformi, ma sono a loro volta composti da "partoni" (i quark icona_glossario e i gluoni icona_glossario). I partoni sono portatori della carica corrispondente all'interazione forte icona_glossario (la cosiddetta "carica di colore"). All'interno degli adroni i partoni sono arrangiati in modo tale da ottenere una carica totale (sempre di colore) nulla. Non si è, però, mai riusciti ad osservare un partone isolato: nella materia ordinaria i quark e i gluoni sembrano perennemente confinati all'interno degli adroni. Alla luce della teoria delle interazioni forti (la cromo-dinamica quantistica o QCD) si ritiene, però, che in condizioni estreme di compressione e riscaldamento (a densità circa 1015 volte la densità del ferro, a temperature dell'ordine di 100000 volte quella presente nel centro del sole), i protoni, i neutroni e tutti gli adroni si scompongano nei loro costituenti fondamentali, dando origine ad un plasma di quark e gluoni (o Quark-Gluon Plasma, QGP) nel quale i quark e i gluoni, portatori di carica di colore, si muovono liberamente, in maniera analoga al modo in cui gli atomi, elettricamente neutri, si possono scomporre in nuclei ed elettroni dando vita ad un plasma elettromagnetico. Si tratta quindi, ad una scala assolutamente differente, dell'analogo per gli adroni (per i quali è in gioco l'interazione forte), di ciò che il plasma ordinario di cui si parla alla risposta numero 4 è per gli atomi (la cui struttura è dovuta all'interazione elettromagnetica icona_glossario).

Mentre condizioni tali da permettere la formazione del plasma elettromagnetico ordinario sono relativamente facili da ottenere (è, ad esempio, un plasma elettromagnetico ad emettere la luce prodotta all'interno dei tubi al neon), condizioni tali da permettere la formazione di un QGP di dimensioni macroscopiche si hanno solamente su scale cosmiche. Si pensa, ad esempio, che durante il Big Bang condizioni tali perché l' universo si trovasse in una fase di QGP siano perdurate solo per i primi 10 milionesimi di secondo!. Si ritiene anche che condizioni propizie alla formazione del QGP possano oggi trovarsi all'interno di alcune stelle di neutroni superdense.

Sperimentalmente, compressioni e riscaldamenti di tali ordini di grandezza, solamente però su sistemi di dimensioni confrontabili con quelle dei nuclei atomici, si possono ottenere provocando urti tra nuclei alle più potenti macchine acceleratrici a disposizione, ad esempio al CERN  icona_linkesterno a Ginevra o al Brookhaven National Laboratory icona_linkesterno vicino a New York. Lo studio di queste collisioni ha in effetti permesso di osservare sperimentalmente una serie di fenomeni che si prevedeva teoricamente si sarebbero verificati in caso di transizione tra un sistema di adroni ordinari e il QGP.

 FEderico Antinori – Fisico


 

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