Le collisioni del LHC rivelano la geometria nucleare mutevole dell'ossigeno e del neon

Il Large Hadron Collider ha prodotto nuove intuizioni sulla struttura interna degli atomi di ossigeno e neon attraverso collisioni ad alta energia, rivelando aspetti precedentemente sconosciuti della loro geometria nucleare. I ricercatori che utilizzano i dati del rilevatore CMS hanno osservato schemi di flusso distinti nelle collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon, offrendo un quadro più chiaro di come sono strutturati i nuclei di questi elementi.

L'esperimento si è svolto presso l'impianto CERN, dove l'LHC accelera fasci di protoni e ioni pesanti a velocità vicine alla velocità della luce prima di colpirli. In questo caso, le collisioni hanno coinvolto nuclei di ossigeno e neon, ciascuno composto da più protoni e neutroni disposti all'interno di un nucleo. A differenza dei nuclei più pesanti come l'uranio, che sono stati ampiamente studiati in esperimenti precedenti, ossigeno e neon offrono un'opportunità unica per esaminare gli effetti della geometria nucleare a causa delle loro composizioni relativamente più semplici.

Lo studio si è concentrato sull'analisi del flusso collettivo di particelle emesse durante queste collisioni, che possono agire come una firma della forma iniziale dei nuclei prima che si rompano. Quando i nuclei atomici si scontrano a energie estreme, si trasformano momentaneamente in uno stato altamente energetico noto come plasma quark-gluon, una fase della materia che si ritiene sia esistita poco dopo il Big Bang. Man mano che questo plasma si raffredda e si espande, emette particelle che trasportano informazioni sulla dinamica della collisione. Misurando la direzione e la velocità di queste particelle in uscita, i fisici possono dedurre la configurazione iniziale dei nuclei.

Nel caso dell'ossigeno e del neon, i ricercatori hanno scoperto che il flusso di particelle cariche variava a seconda della natura centrale della collisione, suggerendo che i nuclei avevano diverse geometrie iniziali. Lo studio ha confrontato i risultati sperimentali con modelli teorici della struttura nucleare. Precedenti calcoli nucleari avevano suggerito che l'ossigeno-16 potrebbe avere una disposizione tetraedrica dei suoi nucleoni, mentre il neon-20 potrebbe assomigliare a una forma più allungata, "bowling-pin".

Queste differenze, secondo i ricercatori, derivano principalmente da variazioni nella geometria iniziale dei nuclei, rafforzando l'idea che la struttura dei nuclei atomici non è statica ma influenzata dalla loro dinamica interna.

Guardando al futuro, i risultati aprono nuove strade per lo studio delle proprietà strutturali dei nuclei leggeri. Gli esperimenti futuri possono esplorare come queste caratteristiche geometriche influenzano altri fenomeni fisici, come il comportamento della materia nucleare in condizioni estreme. Il lavoro evidenzia anche l'importanza delle misurazioni di precisione nella comprensione delle forze fondamentali che governano la struttura della materia.