Gran parte della materia nell’universo è costituita da minuscole particelle chiamate quark. Normalmente è impossibile vedere un quark da solo perché sono sempre legati strettamente insieme in gruppi. I quark si separano solo in condizioni estreme, come subito dopo il Big Bang o al centro delle stelle o durante collisioni di particelle ad alta energia generate in collisioni di particelle.
Gli scienziati della Louisiana Tech University stanno lavorando a uno studio dei quark e della forza che li lega analizzando i dati dell’esperimento ATLAS all’LHC., Le loro misurazioni potrebbero dirci di più sulle condizioni dell’universo primordiale e potrebbero persino suggerire nuovi principi della fisica non ancora scoperti.
Le particelle che attaccano i quark insieme sono giustamente chiamate “gluoni.”I gluoni portano la forza forte, una delle quattro forze fondamentali nell’universo che governano il modo in cui le particelle interagiscono e si comportano. La forza forte lega i quark in particelle come protoni, neutroni e nuclei atomici.,
Come suggerisce il nome, la forza forte è la più forte-è 100 volte più forte della forza elettromagnetica (che lega gli elettroni in atomi), 10.000 volte più forte della forza debole (che governa il decadimento radioattivo) e cento milioni milioni milioni milioni milioni milioni (1039) volte più forte della gravità (che ti attrae verso la Terra e la Terra verso il sole).
Ma questo rapporto si sposta quando le particelle vengono pompate piene di energia. Proprio come la colla reale perde la sua viscosità quando si surriscalda, la forte forza trasportata dai gluoni diventa più debole a energie superiori.,
“Le particelle giocano secondo un insieme di regole in evoluzione”, afferma Markus Wobisch della Louisiana Tech University. “La forza delle forze e la loro influenza all’interno del mondo subatomico cambia all’aumentare delle energie delle particelle. Questo è un parametro fondamentale nella nostra comprensione della materia, ma non è stato completamente studiato dagli scienziati ad alte energie.”
Caratterizzare la coesione della forza forte è uno degli ingredienti chiave per comprendere la formazione di particelle dopo il Big Bang e potrebbe anche fornire suggerimenti di nuova fisica, come le dimensioni extra nascoste.,
“Le dimensioni extra potrebbero aiutare a spiegare perché le forze fondamentali variano drasticamente in forza”, afferma Lee Sawyer, professore alla Louisiana Tech University. “Ad esempio, alcune delle forze fondamentali potrebbero apparire deboli solo perché vivono in dimensioni extra nascoste e non possiamo misurare la loro piena forza. Se la forza forte è più debole o più forte del previsto ad alte energie, questo ci dice che manca qualcosa dal nostro modello base dell’universo.,”
Studiando le collisioni ad alta energia prodotte dall’LHC, il team di ricerca della Louisiana Tech University sta caratterizzando il modo in cui la forza forte tira i quark energetici in particelle ingombranti. La sfida che devono affrontare è che i quark sono rambunctious e caper intorno all’interno dei rivelatori di particelle. Questa soirée subatomica coinvolge centinaia di particelle, spesso derivanti da circa 20 collisioni protone-protone che avvengono simultaneamente. Lascia un segnale disordinato, che gli scienziati devono quindi ricostruire e classificare.,
Wobisch e i suoi colleghi hanno innovato un nuovo metodo per studiare questi gruppi turbolenti di quark chiamati jets. Misurando gli angoli e gli orientamenti dei getti, lui ei suoi colleghi stanno imparando nuove importanti informazioni su ciò che è emerso durante le collisioni-più di quello che possono dedurre semplicemente contando i getti.
Il numero medio di getti prodotti dalle collisioni protone-protone corrisponde direttamente alla forza della forza forte nell’ambiente energetico dell’LHC.,
“Se la forza forte è più forte del previsto, allora dovremmo vedere un aumento del numero di collisioni protone-protoni che generano tre getti. Ma se la forza forte è in realtà più debole del previsto, allora ci aspetteremmo di vedere relativamente più collisioni che producono solo due getti. Il rapporto tra questi due possibili risultati è la chiave per comprendere la forza forte.”
Dopo aver acceso l’LHC, gli scienziati hanno raddoppiato la loro portata di energia e ora hanno determinato la forza della forza forte fino a 1.,5 trilioni di elettronvolt, che è all’incirca l’energia media di ogni particella nell’universo subito dopo il Big Bang. Wobisch e il suo team sperano di raddoppiare di nuovo questo numero con più dati.
” Finora, tutte le nostre misurazioni confermano le nostre previsioni”, afferma Wobisch. “Più dati ci aiuteranno a guardare la forza forte a energie ancora più elevate, dandoci uno sguardo su come si sono formate le prime particelle e sulla struttura microscopica dello spazio-tempo.”