Origine dell’universo: che cos’era la sostanza primordiale e come è stata ricreata
Com’era l’universo subito dopo la sua nascita? Esisteva una sostanza, un plasma fluido di quark e gluoni, presente solo 13 miliardi di anni fa, quando è avvenuta l’origine dell’universo. Uno dei due collisori di ioni pesanti attualmente esistenti, il Relativistic Heavy Ion Collider, è riuscito a ricreare questa sostanza ormai estinta. Un risultato importantissimo, che potrà aiutare gli scienziati a capire di più sull’universo primordiale.
Che cosa c’era all’inizio dell’universo?
L’universo è nato all’interno di un liquido, e più precisamente di un plasma di quark e gluoni. Si tratta dei componenti più piccoli della materia che conosciamo. Questo plasma sarebbe esistito 13 miliardi di anni fa, tra 20 e 30 microsecondi dopo il Big Bang. I quark e i gluoni sono facilmente immaginabili come piccole particelle che si uniscono tra loro. In realtà, per la teoria delle stringhe sono più precisamente delle sottilissime corde. I quark e i gluoni non esistono separatamente, ma sono uniti tra loro per formare i protoni e i neutroni, che insieme vanno a costituire i nuclei degli atomi. All’inizio dell’universo però queste due particelle erano separate tra loro, e si trovavano all’interno del plasma primordiale. Questo plasma di quark e gluoni (Quark-Gluon Plasma, QGP) è uno stato della materia ad alta temperatura e ad alta densità barionica. Le particelle al suo interno mantengono un comportamento quasi libero.
Ricreare il plasma di quark e gluoni
L’universo ha attraversato lo stato di plasma di quark e gluoni nei primi secondi dopo il Big Bang. Grazie a strumenti come gli acceleratori di particelle, gli scienziati si sono impegnati per cercare di riprodurre le condizioni che ci sono state quando l’universo era appena nato. Riuscire a simulare quelle condizioni infatti aiuta a comprendere meglio l’origine dell’universo. Diversi studi in passato sono riusciti a ricostruire le proprietà di questo plasma primordiale. Si tratta di un liquido con una densità molto bassa, e addirittura con una viscosità talmente bassa da superare i limiti normalmente previsti per un fluido sulla base dei principi della meccanica quantistica.
Il Relativistic Heavy Ion Collider per svelare l’origine dell’universo
Il collisore di ioni pesanti relativistico (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) è uno dei due collisori di ioni pesanti esistenti. Si trova presso il Broolhaven National Laboratory (BNL) a Long Island. Gli scienziati lo utilizzano per la collisione di ioni che viaggiano a velocità relativistiche, con l’obiettivo di analizzare la composizione dell’universo nei primi istanti dopo il Big Bang. Nel 2010 grazie a questa macchina è stata raggiunta un’importante conclusione. La collisione di ioni di oro ha permesso di ottenere una temperatura di 4000 miliardi di Kelvin, che ha reso possibile la formazione del plasma di quark e gluoni.Contrariamente a quanto inizialmente si pensava, ovvero a un plasma gassoso, le collisioni tra fasci di nuclei di oro hanno creato un plasma più simile a un liquido. Questo liquido ha una viscosità praticamente nulla, caratteristica che lo rende un fluido quasi perfetto.
Come si crea la materia dell’universo primordiale
Il fluido perfetto dell’universo primordiale, oltre a essere quello con la viscosità più bassa mai osservata, ha anche la temperatura più calda mai creata in laboratorio. Infatti, questa temperatura è circa 250 mila volta più alta di quella al centro del sole. L’acceleratore di particelle RHIC ha permesso di “sbirciare” all’inizio dell’universo. L’anello del RHIC, con i suoi 4 chilometri di lunghezza, accelera i nuclei atomici fino a 80 mila volte al secondo. La velocità arriva praticamente quasi a quella della luce. Le collisioni fanno “esplodere” le particelle, formando delle piccolissime gocce di plasma di quark e gluoni. Ricreando il plasma di quark e gluoni, è possibile capire che cosa è successo all’inizio della vita dell’universo, partendo dall’analisi di come si comportano i frammenti più piccoli della materia.