Un team di fisici ha annunciato di aver ottenuto la prima immagine dettagliata dei nuclei atomici, rivelando la struttura dei quark e dei gluoni che li compongono. Il XX secolo è stato un periodo di grandi scoperte nella fisica delle particelle. Inizialmente, si pensava che gli atomi fossero costituiti solo da protoni ed elettroni. Tutto cambiò nel 1932 con la scoperta del neutrone da parte di James Chadwick, che gli valse il Premio Nobel tre anni dopo.
Successivamente, emersero teorie che suggerivano l’esistenza di particelle ancora più piccole all’interno dei protoni e dei neutroni, chiamate quark e gluoni, che potevano essere osservate solo in esperimenti ad alta energia. Nel 1968, furono confermate sperimentalmente le prove dell’esistenza dei quark, mentre gli esperimenti sui gluoni arrivarono undici anni dopo, quando la collisione di elettroni e positroni produsse tre getti di particelle più pesanti, uno dei quali generato da un gluone irradiato da una coppia quark-antiquark.
Da allora, i fisici hanno esplorato i sei “sapori” di quark (up, down, strange, charm, bottom e top) e gli otto diversi tipi di gluoni utilizzando acceleratori di particelle. Tuttavia, si è riscontrato un problema: le due descrizioni del nucleo atomico non si integrano perfettamente. A basse energie, il nucleo sembra comportarsi come se fosse composto da protoni e neutroni, ma a energie più elevate emergono gli effetti dei quark e dei gluoni.
Il dottor Aleksander Kusina, uno dei teorici dell’Istituto di Fisica Nucleare dell’Accademia Polacca delle Scienze (IFJ PAN) coinvolti nella ricerca, ha spiegato che finora esistevano due descrizioni separate dei nuclei atomici: una basata sui protoni e neutroni visibili a basse energie e un’altra, per energie più alte, basata sui quark e gluoni.
Nel loro studio, il team ha analizzato i dati provenienti da esperimenti condotti anche presso il Grande Collisore di Adroni al CERN, utilizzando le funzioni di distribuzione partonica (PDF). Concentrandosi sulle coppie fortemente interagenti di nucleoni (protoni-neutroni, protoni-protoni e neutroni-neutroni), i ricercatori sono riusciti a estrarre informazioni dettagliate sulla struttura dei quark e dei gluoni dai dati partonici, che non erano stati in grado di rivelare questa complessa struttura in precedenza.
Kusina ha sottolineato che nel loro modello hanno introdotto miglioramenti per simulare l’accoppiamento di certi nucleoni, riconoscendo l’importanza di questo effetto anche a livello partonico. Questo approccio ha semplificato la descrizione teorica, aprendo la strada a futuri studi più precisi sulle distribuzioni partoniche all’interno dei singoli nuclei atomici.
Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters, rappresentando un passo significativo verso la comprensione più approfondita della struttura dei nuclei atomici e dei loro costituenti fondamentali.
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