La ricerca si restringe per una misteriosa forma di materia prevista dalla teoria della relatività speciale di Einstein. Dopo oltre un decennio di ricerche, gli scienziati del più grande collettore di particelle del mondo credono di essere sul punto di trovarla.
Ma i ricercatori non stanno cercando nelle viscere esplose di particelle rotte insieme a una velocità quasi leggera.
Invece, i fisici del Large Hadron Collider (LHC), un anello di 17 miglia (27 chilometri) sepolto sottoterra vicino al confine tra Francia e Svizzera, stanno cercando la materia mancante, chiamata un condensato di vetro colorato, studiando cosa succede quando le particelle non scontrarti, ma ingrandisci l'uno con l'altro per sfiorare.
Nel Modello standard di fisica, la teoria che descrive lo zoo delle particelle subatomiche, il 98% della materia visibile nell'universo è tenuto insieme da particelle fondamentali chiamate gluoni. Queste particelle dal nome appropriato sono responsabili della forza che incolla i quark per formare protoni e neutroni. Quando i protoni vengono accelerati vicino alla velocità della luce, si verifica uno strano fenomeno: la concentrazione di gluoni al loro interno sale alle stelle.
"In questi casi, i gluoni si dividono in coppie di gluoni con energie inferiori e tali gluoni si dividono successivamente, e così via", ha affermato Daniel Tapia Takaki, professore associato di fisica e astronomia all'Università del Kansas, in una nota. "Ad un certo punto, la scissione dei gluoni all'interno del protone raggiunge un limite al quale la moltiplicazione dei gluoni cessa di aumentare. Tale stato è noto come il condensato di vetro colorato, una fase ipotizzata della materia che si ritiene esista in altissimo- protoni energetici e nei nuclei pesanti ".
Secondo il Brookhaven National Laboratory, il condensato potrebbe spiegare molti misteri irrisolti della fisica, come il modo in cui le particelle si formano in collisioni ad alta energia o come la materia viene distribuita all'interno delle particelle. Tuttavia, confermando la sua esistenza ha eluso gli scienziati per decenni. Ma nel 2000, i fisici del Relativistic Heavy Ion Collider di Brookhaven trovarono i primi segni che potesse esistere la condensa di vetro colorato.
Quando il laboratorio ha frantumato insieme atomi d'oro spogliati dei loro elettroni, hanno trovato uno strano segnale nelle particelle che fuoriescono dalle collisioni, suggerendo che i protoni degli atomi erano pieni di gluoni e hanno iniziato a formare il condensato di vetro colorato. Ulteriori esperimenti con la collisione di ioni pesanti presso l'LHC hanno avuto risultati simili. Tuttavia, far scontrare i protoni insieme a velocità relativistiche può solo dare uno sguardo fugace alle viscere dei protoni prima che le particelle subatomiche esplodano violentemente. Il sondaggio all'interno dei protoni ha un approccio più delicato.
Quando le particelle cariche, come i protoni, vengono accelerate ad alte velocità, creano forti campi elettromagnetici e rilasciano energia sotto forma di fotoni o particelle di luce. (Grazie alla duplice natura della luce, è anche un'onda.) Queste perdite di energia una volta venivano ignorate come un effetto collaterale indesiderato degli acceleratori di particelle, ma i fisici hanno imparato nuovi modi di usare questi fotoni ad alta energia a loro vantaggio.
Se i protoni si ritrovano a sfrecciare uno accanto all'altro nell'acceleratore, la tempesta di fotoni che rilasciano può causare collisioni protone su fotone. Queste cosiddette collisioni ultra-periferiche sono la chiave per comprendere il funzionamento interno dei protoni ad alta energia.
"Quando un'onda luminosa ad alta energia colpisce un protone, produce particelle - tutti i tipi di particelle - senza rompere il protone", ha affermato Tapia Takaki in una nota. "Queste particelle sono registrate dal nostro rivelatore e ci consentono di ricostruire un'immagine di alta qualità senza precedenti di ciò che c'è dentro."
Tapia Takaki e una collaborazione internazionale di scienziati stanno usando questo metodo per rintracciare la condensa in vetro colorato sfuggente. I ricercatori hanno pubblicato i primi risultati del loro studio nel numero di agosto dell'European Physical Journal C. Per la prima volta, il team è stato in grado di misurare indirettamente la densità dei gluoni a quattro diversi livelli di energia. Al livello più alto, hanno trovato prove che un condensato di vetro colorato stava appena iniziando a formarsi.
I risultati sperimentali "... sono molto eccitanti, fornendo nuove informazioni sulla dinamica del gluone nel protone, ma ci sono molte domande teoriche a cui non è stata data risposta", Victor Goncalves, professore di fisica all'Università Federale delle Pelotas in Brasile e un coautore dello studio, ha dichiarato nella dichiarazione.
Per ora, l'esistenza della condensa in vetro colorato rimane un mistero sfuggente.
