Che cos’è il plasma di quark e gluoni?

16-10-2017

Il plasma di quark e gluoni o plasma quark-gluon (Quark-Gluon Plasma, QGP) è uno stato della materia ad alta temperatura e/o ad alta densità barionica. In essa viene abolito il confine tra i quark e i gluoni, in quanto queste particelle mostrano un comportamento quasi-libero.
Si suppone che l’universo abbia attraversato questo stato nei primi secondi dopo il Big Bang. Nell’universo di oggi, il QGP è ancora al centro delle stelle di neutroni, con alcune teorie che prevedono un’altra fase caratterizzata dalla superconduttività di colore.

L’uso di acceleratori di particelle consente lo studio del plasma di quark e gluoni in laboratorio. I nuclei atomici dell’oro vengono portati al 99,9% della velocità della luce nell’anello dell’acceleratore e poi vengono fatti scontrare tra loro. I prodotti risultanti vengono esaminati con rivelatori di particelle. I nuclei dell’atomo decadono in decine di migliaia di particelle di materia a causa delle enormi energie e delle altissime temperature (diversi trilioni di gradi Kelvin).
Si può dimostrare che, nelle prime frazioni di nanosecondi dopo la collisione, le fluttuazioni di pressione all’interno delle particelle vengono compensate in un modo che suggerisce uno stato di materia simile a un liquido: è il plasma di quark e gluoni.

I risultati più recenti suggeriscono che la coesione tra quark e gluoni nel plasma quark-gluon non venga completamente abolita ma che esistano ancora forti interazioni e fusioni. Il plasma quindi si comporta più come un liquido (ma non come un super-liquido) piuttosto che come un gas. Le particelle elementari acquisire ebbero la libertà completa solo a energie ancora più alte.
Esiste anche una discussione su un ipotetico stato precursore del plasma di quark e gluoni, il cosiddetto stato glasma. Ciò corrisponde a una condensa amorfa, simile ai cosiddetti “vetri metallici” (cioè metalli amorfi).