L'istante in cui tutto è cominciato — e come lo stiamo ricostruendo

Devo raccontarvi una cosa che è appena successa nel mondo della fisica delle particelle, e vi giuro che è molto più affascinante di quanto sembri. Sul serio, prendetevi un caffè e restate con me.

L'inizio folle dell'universo

Immaginate questo: 13,8 miliardi di anni fa, l'universo esplode nell'esistenza. In quei primissimi istanti — parliamo di milionesimi di secondo — tutto era caldissimo. Intendo dire trilioni di gradi. A quelle temperature, le regole cambiano completamente. Anziché i protoni, i neutroni e gli atomi che conosciamo oggi, esisteva una sostanza bizzarra chiamata plasma di quark e gluoni.

Pensate ai quark e ai gluoni come agli ingredienti più fondamentali che possiate immaginare. Sono i mattoncini che si combinano per creare letteralmente tutto ciò che vi circonda — la tazza del caffè, il telefono, il gatto, voi. Ma in quei momenti primordiali, non erano legati insieme. Viaggiavano liberamente in una zuppa surriscaldata di particelle, che sfrecciavano quasi alla velocità della luce.

Poi, quasi altrettanto rapidamente, tutto si è raffreddato e quei quark e gluoni si sono lockati in particelle che esistono ancora oggi. Per molto tempo, gli scienziati non sono riusciti a studiare davvero come si comportasse quella zuppa primordiale. Avevamo teorie, certo, ma prove dirette? Mancavano.

Ricostruire l'inizio in un tunnel sotto la Svizzera

Qui arriva la parte interessante. Da anni, i fisici del Large Hadron Collider del CERN stanno facendo qualcosa di assolutamente straordinario: ricreano le condizioni dell'universo primordiale facendo scontrare atomi pesanti (come il piombo) a velocità prossime a quella della luce. Quando queste collisioni avvengono, per un istante brevissimo — parliamo di frazioni di quadrilionesimi di secondo — creano goccioline minuscole di quel plasma di quark e gluoni che esisteva miliardi di anni fa.

È come avere una macchina del tempo, solo che invece di mandare qualcosa indietro, state creando istantanee microscopiche di come appariva il cosmo quando era praticamente ancora un bebè.

La svolta: osservare i quark che creano onde

Ecco la parte nuova che ha messo in agitato il mondo della fisica. Un team guidato da Yen-Jie Lee del MIT ha appena annunciato di aver visto qualcosa di straordinario: quark che creano scie mentre si muovono nel plasma.

Lasciate che ve lo spieghi con un'immagine familiare. Immaginate di essere accanto a uno stagno e di lanciare un sasso. Le onde si espandono dal punto in cui è caduto, giusto? Ora immaginate un'anatra che nuota sulla superficie — crea una piccola scia dietro di sé, una traccia di increspature.

È fondamentalmente quello che questi fisici hanno osservato a livello subatomico.

Quando un quark sfreccia attraverso il plasma di quark e gluoni, non passa indenne. Il plasma è così denso e interconnesso che risponde alla presenza del quark. Il quark spinge contro questo materiale primordiale, creando onde, schizzi e persino movimenti a spirale.

Lee l'ha detto in modo molto efficace: "Il plasma è incredibilmente denso, al punto da riuscire a rallentare un quark e produrre schizzi e vortici come un liquido."

Questa è una scoperta importante perché conferma qualcosa che i teorici sospettavano da anni — il plasma di quark e gluoni non si comporta come un insieme di particelle indipendenti che rimbalzano l'una contro l'altra. Invece, agisce come una sostanza unificata e fluida. Un liquido, se vogliamo. Il liquido più caldo nella storia dell'universo, per giunta.

Perché non l'avevamo visto prima?

Vi starete chiedendo — se questo è un comportamento così fondamentale, perché è la prima volta che lo osserviamo?

La risposta onesta è che è incredibilmente difficile da rilevare. Quando gli scienziati hanno cercato questo effetto in passato, di solito cercavano coppie di quark e le loro controparti (antiquark), aspettandosi che entrambi creassero scie rilevabili. Ma ecco il problema: quando due particelle vengono prodotte andando in direzioni opposte, la scia di un quark tende a oscurare quella dell'altro. È come cercare di sentire due sussurri in una stanza rumorosa.

Lee e il suo team hanno sviluppato un metodo di rilevamento astuto che ha permesso loro di isolare finalmente queste scie dei quark dal caos delle collisioni di particelle. Hanno essenzialmente trovato un modo per identificare la firma di un singolo quark che disturba il plasma intorno a sé.

Cosa significa questo per noi?

A parte il fattore "che figata", perché dovreste preoccuparvi?

Capire come si comporta il plasma di quark e gluoni ci dà indizi cruciali sui primissimi momenti dell'universo. Misurando la dimensione di queste scie, quanto viaggiano veloci, quanto si estendono e quanto rapidamente svaniscono, gli scienziati possono iniziare a definire le proprietà di questa sostanza primordiale.

Come ha spiegato Lee: "Studiare come le scie dei quark rimbalzano avanti e indietro ci fornirà nuove intuizioni sulle proprietà del plasma di quark e gluoni. Con questo esperimento, stiamo scattando una foto di questa zuppa primordiale di quark."

Stiamo essenzialmente guardando una fotografia cosmica di 13,8 miliardi di anni fa, e ogni nuova tecnica come questa aggiunge più pixel all'immagine.

Il punto della situazione

Ecco il succo: i primi momenti dell'universo hanno coinvolto un tipo di materia che scorreva come un liquido, rispondeva alle particelle che la attraversavano, ed è esistita solo per un istante prima di raffreddarsi nei mattoncini di tutto ciò che conosciamo oggi.

E ora, grazie a un po' di fisica intelligente e a un acceleratore di particelle enorme, abbiamo appena ottenuto una visione più chiara di come fosse tutto questo.

Non male per una specie che ha imparato a usare il fuoco solo qualche centinaio di migliaia di anni fa.