Le collisioni ad alta energia di nuclei atomici, studiate mediante acceleratori di particelle come il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), hanno permesso di ottenere nuove informazioni sulle proprietà elettromagnetiche del plasma di quark e gluoni (QGP).
Campi magnetici e correnti elettriche
Sebbene i campi magnetici nella materia nucleare deconfinata siano un miliardo di volte più forti di un tipico magnete da frigorifero, i loro effetti possono essere difficili da rilevare. La prova di questo nuovo studio deriva dalla misurazione del modo in cui le particelle con carica elettrica vengono deviate quando emergono dalle collisioni. Lo studio ha fornito la prova che esistono potenti campi magnetici e ha offerto anche un nuovo modo per misurare la conduttività elettrica nel plasma di quark e gluoni (QGP).
Gli scienziati possono dedurre il valore della conduttività elettrica del plasma di quark e gluoni (QGP) analizzando la deflessione delle particelle cariche, come elettroni, quark e protoni, indotta dal campo elettromagnetico all’interno di questo stato esotico della materia. La forza di questa deflessione è direttamente proporzionale alla conduttività.
Sebbene la conduttività sia una proprietà fondamentale della materia, la sua misurazione nel QGP è stata finora un’impresa impossibile. Questa nuova scoperta apre nuove strade per la comprensione del QGP e delle sue proprietà elettromagnetiche. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review X.
Comprendere le proprietà elettromagnetiche del QGP può aiutare i fisici a svelare i misteri della transizione di fase tra il QGP e la materia nucleare ordinaria fatta di protoni e neutroni. Il lavoro aiuterà anche nell’esplorazione di altri effetti magnetici nel QGP.
Campi magnetici estremi nel plasma di quark e gluoni
Le collisioni ad alta energia di nuclei atomici presso il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), una struttura del Brookhaven National Laboratory dedicata agli acceleratori di particelle del Dipartimento dell’Energia americano, dovrebbero generare intensi campi magnetici.
Questo fenomeno si verifica perché alcuni dei protoni carichi positivamente, che non partecipano direttamente alla collisione, vengono trascinati in un movimento vorticoso mentre i nuclei si sfiorano a velocità prossime a quella della luce. Si stima che l’intensità di questi campi magnetici superi quella delle stelle di neutroni e sia notevolmente superiore a quella del campo magnetico terrestre.
Misurare direttamente i campi magnetici nel plasma di quark e gluoni (QGP), lo stato esotico della materia creato dalle collisioni, tuttavia, risulta estremamente difficile a causa della sua breve durata. Per ovviare a questo problema, gli scienziati hanno sfruttato il rilevatore STAR di RHIC per studiare l’effetto del campo magnetico sulle particelle cariche generate nelle collisioni.
L’osservazione di una specifica deflessione di queste particelle cariche ha fornito la prova indiretta dell’esistenza di potenti campi magnetici nel QGP. La misurazione del grado di deflessione ha permesso inoltre di dedurre informazioni sulla conduttività elettrica di questo stato della materia, una proprietà fondamentale per comprendere la transizione di fase tra il QGP e la materia nucleare ordinaria composta da protoni e neutroni.
Conclusioni
I fisici di STAR hanno visto uno schema di deflessione delle particelle cariche che potrebbe essere causato solo da un campo elettromagnetico e da una corrente indotta nel QGP. Questa è stata una prova evidente dell’esistenza dei campi magnetici. Il grado di deflessione è direttamente correlato all’intensità della corrente indotta.
Grazie alla scoperta di correnti elettriche indotte nel plasma di quark e gluoni (QGP) da parte dei potenti campi magnetici generati nelle collisioni di ioni pesanti, gli scienziati dispongono ora di un nuovo metodo per misurare la conduttività elettrica di questo stato esotico della materia.
Questa misurazione, che prima era impossibile, apre nuove strade per la comprensione della transizione di fase tra il QGP e la materia nucleare ordinaria, formata da protoni e neutroni.
