Particelle elementari che lasciano una scia mentre attraversano una materia simile a quella dei primi milionesimi di secondo dell'universo.
Immaginate un motoscafo che attraversa un lago. Mentre viaggia, sposta l'acqua lateralmente, lasciando dietro di sé una caratteristica perturbazione.
Ora immaginate che qualcosa di simile accada all'interno della materia riscaldata a trilioni di gradi, dove i mattoni fondamentali degli atomi si muovono quasi liberamente.
Gli scienziati del CERN, il laboratorio europeo di fisica delle particelle vicino a Ginevra, hanno riportato la prima osservazione diretta di una tale scia creata da particelle energetiche che viaggiano attraverso il plasma di quark e gluoni.
La svolta, annunciata il 29 ottobre 2026 dalla CMS Collaboration, offre un nuovo modo per esaminare le condizioni che prevalevano immediatamente dopo il Big Bang, circa 13,8 miliardi di anni fa.
Materia 100.000 volte più calda del Sole
Oggi, i quark sono normalmente confinati all'interno di particelle come protoni e neutroni, tenuti insieme dai gluoni attraverso la forza nucleare forte.
Ma durante i primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, l'universo era così caldo e denso che i quark e i gluoni non erano confinati nelle loro strutture familiari.
Esistevano invece in uno stato straordinario chiamato plasma di quark e gluoni.
Le temperature associate a questa materia superano approssimativamente il trilione di gradi Celsius, più di 100.000 volte la temperatura al centro del Sole, che è di circa 15 milioni di gradi.
Gli scienziati possono riprodurre brevemente questo stato facendo scontrare nuclei atomici pesanti a energie straordinarie.
Il Large Hadron Collider del CERN è un acceleratore circolare di 27 chilometri situato sotto il confine franco-svizzero.
I suoi quattro esperimenti principali — ALICE, ATLAS, CMS e LHCb — studiano diversi aspetti delle particelle prodotte nelle collisioni.
Una previsione ventennale finalmente osservata
I fisici sanno da più di due decenni che i quark e i gluoni energetici perdono energia mentre attraversano il plasma di quark e gluoni.
Le particelle trasferiscono energia e quantità di moto al materiale circostante.
I modelli teorici prevedevano che questo processo avrebbe dovuto creare anche una perturbazione caratteristica, paragonabile alla scia lasciata da una barca.
Tuttavia, rilevare la risposta del plasma si è rivelato molto più difficile che misurare la perdita di energia delle particelle.
Il team di CMS ha ora identificato una distintiva riduzione nella produzione di particelle dietro la direzione di un getto di particelle, coerente con la scia prevista.
I ricercatori hanno studiato le collisioni tra nuclei di piombo, concentrandosi su coppie di getti che viaggiano in direzioni approssimativamente opposte.
Questi getti "back-to-back" si verificano più frequentemente rispetto a certe altre combinazioni di particelle precedentemente utilizzate per cercare il fenomeno, fornendo maggiori opportunità di misurazione.
Gli scienziati hanno anche confrontato collisioni con diversi gradi di sovrapposizione tra i nuclei di piombo.
Quando i nuclei si scontravano in modo più centrale, producevano più plasma di quark e gluoni — e il segnale della scia diventava più forte.
Questa relazione fornisce una prova importante che l'effetto osservato ha origine dalle interazioni all'interno del plasma.
Atomi più piccoli rivelano un'altra sorpresa
La scoperta segue un altro importante progresso del CERN riportato nel luglio 2026.
I ricercatori hanno trovato indicazioni che il plasma di quark e gluoni possa formarsi anche quando si scontrano nuclei relativamente leggeri.
Tradizionalmente, gli scienziati studiavano il fenomeno utilizzando nuclei pesanti come il piombo, che contiene 208 protoni e neutroni nel suo isotopo più abbondante.
I nuclei di ossigeno-16 contengono solo 16 nucleoni — 13 volte meno del piombo-208.
Ciononostante, gli esperimenti che hanno coinvolto collisioni di ossigeno e neon hanno prodotto diverse firme associate al plasma di quark e gluoni.
L'esperimento ALICE ha riportato prove della perdita di energia delle particelle energetiche nelle collisioni di ossigeno con una significatività statistica di 4,9 sigma.
Ciò corrisponde a una probabilità di circa una su due milioni che un risultato almeno così estremo derivi dalle fluttuazioni statistiche rappresentate dal modello nullo.
Nel complesso, queste misurazioni suggeriscono che anche sistemi di collisione comparativamente piccoli possono mostrare proprietà importanti della materia della storia più antica dell'universo.
Perché questa scoperta è importante
I ricercatori non stanno ricreando il Big Bang stesso.
Stanno invece producendo minuscoli campioni di materia di breve durata simili al materiale che si ritiene abbia riempito l'universo primordiale.
Misurando come le particelle si muovono attraverso quella materia, gli scienziati possono indagarne la densità, il comportamento collettivo e la capacità di trasportare energia.
La nuova misurazione della scia aggiunge un importante strumento osservativo.
Potrebbe aiutare i fisici a distinguere tra modelli teorici concorrenti su come il plasma di quark e gluoni risponda alle particelle energetiche.
I risultati illustrano anche il continuo valore scientifico del Large Hadron Collider, noto al grande pubblico soprattutto per la scoperta del bosone di Higgs nel 2012.
Quattordici anni dopo, il CERN sta ancora scoprendo comportamenti precedentemente non osservati nei costituenti fondamentali della materia.
La prossima sfida consiste nel misurare la scia con maggiore precisione e determinare cosa riveli sulla struttura microscopica del plasma.
A più di 13 miliardi di anni dai primi istanti dell'universo, gli scienziati possono ora osservare come una particella energetica disturbi la materia simile al plasma cosmico primordiale — un effetto che era stato previsto decenni prima di diventare misurabile.
