La nuova analisi dei dati sperimentali raccolti dal collisore di particelle LHC Spettacoli Quello nucleoni – protoni e neutroni che formano i nuclei di tutti gli atomi – sono grandi quasi la metà di quanto si pensava fino ad ora.
La struttura di un atomo con nucleoni – protoni e neutroni – visibile al centro (impressione artistica). Credito immagine: Wikimedia Commons, dominio pubblico CC0
Gli scienziati usano una potente macchina chiamata Large Hadron Collider (LHC) per studiare minuscole particelle contenute nei nuclei degli atomi. Con questa apparecchiatura, i ricercatori fanno a pezzi gli ioni pesanti, che sono atomi ai quali sono stati rimossi gli elettroni esterni. Quando si verificano queste collisioni, i nucleoni si disgregano nelle loro parti costituenti.
Questi elementi costitutivi di protoni e neutroni, chiamati quark e gluoni, si mescolano insieme per creare una strana nuova forma di materia chiamata plasma di quark-gluoni (QGP). Per comprendere questa nuova forma di materia, gli scienziati confrontano un modello teorico con molti dati sperimentali. Una cosa importante che guardano è la dimensione delle particelle all’interno dei nuclei in collisione, di solito usando ioni di piombo.
Ora, ecco la parte interessante. In esperimenti condotti a energie inferiori, gli scienziati hanno pensato che la dimensione di protoni e neutroni fosse di circa 0,5 femtometri (che è davvero minuscolo – circa 5 × 10-16 metri). Ma quando hanno esaminato le collisioni usando ioni pesanti, hanno ottenuto una risposta diversa.
Il collisore LHC. Qui e in strutture simili, gli scienziati studiano le collisioni di particelle subatomiche. Credito immagine: CERN
Precedenti analisi suggerivano che le particelle fossero in realtà più grandi, circa 1 femtometro. Era un po’ confuso. Questo limite superiore, tuttavia, è stato finora considerato come la dimensione “standard” di protoni e neutroni.
L’anno scorso, un’analisi condotta presso l’Università di Bonn ha ridotto questa dimensione “standard” a 0,84 femtometri.
Ma nell’analisi più recente eseguita dagli scienziati del Massachusetts Institute of Technology, dell’Università di Utrecht e del CERT, i ricercatori hanno osservato la velocità con cui si sono verificate le collisioni di ioni pesanti.
Hanno scoperto che la dimensione delle particelle doveva essere più piccola per adattarsi alla velocità di reazione. Includendo questo tasso nella loro analisi, hanno scoperto che la dimensione preferita dei nucleoni era di circa 0,6 femtometri. Ciò risolve essenzialmente anche la discrepanza teorica che esisteva fino ad ora.
Per misurare il tasso di collisione, gli scienziati usano qualcosa chiamato sezione trasversale adronica totale. È un modo per calcolare la frequenza con cui gli atomi si scontrano in base alla loro densità. I calcoli sono probabilmente la parte più facile della ricerca, ma in realtà misurare questo parametro negli esperimenti è più difficile.
La struttura di un atomo – impressione artistica. Credito immagine: Geralt tramite Pixabay, licenza gratuita
Nel 2022, i ricercatori di ALICE hanno effettuato una migliore serie di misurazioni, riducendo le incertezze. Queste misurazioni hanno aiutato gli scienziati a confrontare il loro modello originale con oltre 600 dati sperimentali appena acquisiti.
Il modello originale che spiegava le dimensioni di protoni e neutroni non includeva la misurazione del tasso di collisione, il che ha portato gli scienziati a presumere che la dimensione delle particelle fosse leggermente inferiore a 1 femtometro. Ma dopo che il modello è stato corretto utilizzando dati estesi e più precisi, ora mostra che la dimensione di neutroni e protoni è più vicina a 0,6 femtometri.
Spiega: quanto è grande un femtometro?
Il femtometro è un’unità di misura incredibilmente piccola. Per darvi un’idea, è pari a un quadrilionesimo (o un milionesimo di miliardesimo) di metro. È una scala incredibilmente piccola!
Per metterlo nel contesto, immagina di ridurre un oggetto alle dimensioni di un femtometro: sarebbe paragonabile a ridurre qualcosa dalle dimensioni del nostro intero sistema solare fino alle dimensioni di una palla con un raggio di circa un centimetro.
Oppure puoi anche immaginare di ridurre la nostra Terra a una sfera con un raggio di circa 6,4 nanometri, che equivale alla dimensione di pochi nanotransistor in un moderno microchip utilizzato nel tuo telefono.
Scritto da Alius Noreika
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
