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Come sono fatti i nuclei atomici? Ecco un’immagine dettagliata

Il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) sta approfondendo la conoscenza dei nuclei atomici attraverso l'interferenza quantistica.

Categorie Fisica
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I ricercatori del Brookhaven Laboratory stanno lavorando per migliorare la comprensione dei nuclei atomici. Attraverso un nuovo metodo sono stati ottenuti dettagli precisi sulla disposizione di protoni e neutroni negli atomi di oro attraverso l’interferenza quantistica.

Cos’è il Relativistic Heavy Ion Accelerator (RHIC)

Il Relativistic Heavy Ion Accelerator (RHIC), situato presso il Brookhaven Laboratory negli Stati Uniti, è un dispositivo di straordinaria complessità che ha rivoluzionato la fisica delle particelle. Grazie al RHIC, gli scienziati hanno la possibilità di accelerare gli ioni d’oro a velocità prossime a quella della luce. Questo apre le porte a esperimenti all’avanguardia nel campo della ricerca subatomica. Uno degli obiettivi principali del RHIC è quello di ricreare e studiare il cosiddetto plasma di quark e gluoni (QGP). Questo stato della materia si pensa sia esistito solo pochi istanti dopo il Big Bang, quando l’Universo era estremamente caldo e denso. Studiare il QGP permette agli scienziati di comprendere meglio le proprietà fondamentali della materia e le interazioni tra le particelle subatomiche.

Oltre allo studio del QGP, il RHIC è utilizzato per una vasta gamma di ricerche in diversi campi della fisica delle particelle. Gli esperimenti condotti comprendono lo studio delle proprietà dei quark, l’analisi delle interazioni tra particelle subatomiche e la ricerca di nuovi stati della materia. Inoltre, il RHIC fornisce anche un intenso fascio di ioni per altri esperimenti di fisica nucleare e per applicazioni nella medicina e nelle scienze dei materiali.

nuclei atomici
Credit: Brookhaven Laboratory

L’immagine dettagliata dei nuclei atomici

Recentemente, i ricercatori del Brookhaven Laboratory hanno realizzato una scoperta epocale utilizzando il RHIC. Sfruttando un fenomeno noto come interferenza quantistica, hanno ottenuto informazioni precise sulla disposizione dei protoni e dei neutroni nei nuclei atomici dell’oro. Questo metodo innovativo ha aperto nuovi orizzonti nella comprensione della struttura nucleare, consentendo di superare le limitazioni delle tecniche di osservazione tradizionali. La tecnica utilizzata per esaminare la struttura dei nuclei atomici ricorda la tomografia a emissione di positroni (PET) utilizzata dai medici per esaminare il cervello e altre parti anatomiche. Mentre la PET utilizza la luce per rivelare l’interno del corpo umano, l’osservazione diretta degli atomi è impossibile a causa dell’interferenza causata dalla stessa luce. Questa sfida è stata superata grazie all’entanglement quantistico delle particelle, che ha consentito di ottenere dettagli precisi sulla disposizione dei protoni e dei neutroni nell’oro.

Nuove tecniche quantistiche per ricavare informazioni sui nuclei atomici

L’entanglement quantistico, un fenomeno fondamentale nella meccanica quantistica, si è rivelato la chiave per ottenere informazioni dettagliate sulla struttura dei nuclei atomici. Gli scienziati hanno dimostrato che, attraverso l’interferenza quantistica, è possibile ottenere immagini molto precise. Infatti, è possibile apprezzare la differenza tra la posizione dei protoni e dei neutroni all’interno dei nuclei atomici. Questo rappresenta un importante passo avanti nella comprensione della materia a livello subatomico. A una scala così minuta, le particelle subatomiche che costituiscono i protoni e i neutroni, come i quark e gli antiquark, possono essere influenzate dalle onde luminose ad alta energia.

Quando due nuclei si intersecano a distanze ravvicinate, un fotone di un nucleo può interagire attraverso una coppia quark-antiquark virtuale con i gluoni dell’altro nucleo. I gluoni rappresentano la forza fondamentale che unisce i nucleoni (protoni e neutroni) e i quark all’interno di essi. Questa potente forza è responsabile della coesione dei nuclei atomici e garantisce la stabilità e la coesistenza delle particelle subatomiche coinvolte.

Credit: Brookhaven Laboratory

Un passo avanti nella comprensione della materia

Grazie alla scoperta dell’interferenza quantistica al RHIC, gli scienziati hanno effettuato la prima osservazione sperimentale dell’entanglement che coinvolge particelle diverse. Questo ha permesso di ottenere per la prima volta immagini incredibilmente precise Questo risultato getta una nuova luce sul funzionamento dei nuclei atomici e apre nuove prospettive per la comprensione della struttura degli atomi. Le informazioni ottenute attraverso l’interferenza quantistica potrebbero contribuire alla ricerca in vari campi, come la fisica nucleare, la fisica delle particelle e la chimica. La combinazione di tecnologia avanzata e meccanica quantistica sta portando l’esplorazione della materia a un livello completamente nuovo, aprendo la strada a nuovi orizzonti di conoscenza scientifica.