La fisica delle energie estreme trova nuova conferma sperimentale grazie ai primi dati del rivelatore sPHENIX, operativo presso il Collider relativistico di ioni pesanti (RHIC) del Brookhaven National Lab.
Frutto di dieci anni di progettazione, il dispositivo ha superato i test di calibrazione e si dichiara pronto a indagare condizioni simili a quelle esistite subito dopo il Big Bang, riproducendo le collisioni fra ioni d’oro lanciati a velocità prossime a quella della luce.
Obiettivi scientifici: oltre il confine della materia
Fulcro del programma sperimentale è lo studio del plasma formato da quark e gluoni (QGP), realtà fisica che – secondo i modelli – riempiva l’universo pochi microsecondi dopo la nascita del cosmo.
Ricreando questa “zuppa” rovente in laboratorio, gli scienziati possono osservare migliaia di particelle che emergono dall’impatto fra nuclei pesanti e interrogarsi sul comportamento della materia alle temperature più estreme.
Jin Huang, co-portavoce della collaborazione, ha spiegato che prima di affrontare le domande più profonde occorreva verificare il funzionamento del rivelatore e tararne con precisione ogni parametro.
Un rivelatore di precisione, pixel dopo pixel
Il sistema di tracciamento di sPHENIX agisce come una fotocamera tridimensionale ad alta risoluzione, capace di ricostruire traiettorie che si estendono per poche frazioni di millimetro intorno al punto di collisione.
Questa accuratezza consente di isolare segnali rari nel caos di particelle prodotte dagli scontri più violenti. Completano la strumentazione un calorimetro elettromagnetico dedicato a fotoni ed elettroni e – novità assoluta al RHIC – un calorimetro adronico che avvolge completamente la regione centrale, misurando l’energia degli adroni con sensibilità senza precedenti.
Dati iniziali e orizzonti futuri
I rapporti pubblicati su Physical Review C e Journal of High Energy Physics segnalano che, nelle collisioni più centrali, il numero di particelle cariche cresce di circa un ordine di grandezza rispetto alle interazioni periferiche. Il risultato conferma valori ottenuti in precedenza e certifica l’affidabilità di sPHENIX.
Megan Connors della Georgia State University ha rimarcato che dimostrare la capacità di conteggiare con precisione le particelle cariche rappresenta un passo determinante per sfruttare appieno il potenziale dell’apparato.
Grazie a queste basi, il team prevede di usare i getti di particelle come strumento microscopico per svelare la struttura interna del QGP. Dennis Perepelitsa dell’Università del Colorado Boulder ha descritto il metodo come un microscopio capace di mostrare un plasma somigliante a una zuppa con pezzetti, non a una crema uniforme; analizzare la perdita di energia dei getti (jet quenching) offrirà indizi sulla densità e sulla viscosità del mezzo.
Oltre trecento ricercatori, fra studenti e post-doc, hanno reso possibile il progetto, occupandosi della costruzione, delle operazioni in sala di controllo e delle analisi di calibrazione. I dati appena diffusi inaugurano una fase di indagine che si preannuncia capace di avvicinare la comunità scientifica a una comprensione più profonda dell’universo nascente.
