Ciao! Oggi vorrei parlarti della teoria del big bang, che ci racconta la nascita dell’universo. Secondo questa teoria, miliardi di anni fa, l’intero universo si trovava in uno spazio di volume zero e densità infinita. Poi, questo spazio si è espanso, raddoppiando le sue dimensioni centinaia di volte in meno di un secondo. Durante questi primi istanti, l’universo era pieno di energia, gran parte della quale sotto forma di calore intenso. Man mano che l’universo cresceva e si raffreddava, parte di questa energia si trasformava in materia.
L’argomento di cui vorrei parlarti oggi è la struttura della materia. In genere, quando parliamo dei mattoni fondamentali della materia, ci concentriamo sugli atomi. Gli atomi sono formati da un nucleo che contiene almeno una particella subatomica carica positivamente, chiamata protone. Il nucleo potrebbe anche contenere una o più particelle neutre chiamate neutroni. Particelle cariche negativamente chiamate elettroni circondano il nucleo, muovendosi velocemente intorno ad esso all’interno di una sorta di guscio energetico.
Ma nelle prime fasi del big bang, gli atomi non potevano formarsi. L’universo era troppo denso e caldo. Di fatto, nei primi istanti del primo secondo del big bang, nemmeno i protoni e i neutroni potevano formarsi. I teorici del big bang credono che l’universo fosse pieno di particelle subatomiche come i neutrini, particelle prive di massa, oppure i quark, particelle elementari che si legano insieme per creare particelle più grandi come i protoni o i neutroni.
Gli scienziati chiamano la forza che tiene insieme i quark per formare particelle più grandi la forza nucleare forte. È così potente che in condizioni normali non possiamo osservare i quark affatto. Questo perché i quark sono legati così strettamente che non possiamo separarli facilmente. Per molti anni, la sola prova dell’esistenza dei quark proveniva dai modelli matematici su come funziona l’universo. I modelli richiedevano la presenza di particelle come i quark per avere senso.
Oggi, gli scienziati sono riusciti a prendere particelle come i protoni e i neutroni e a scomporle in quark e gluoni, particelle prive di massa che mediano la forza tra i quark. I quark e i gluoni rimangono separati solo per frazioni di secondo prima di decadere, ma è abbastanza tempo per gli scienziati osservarli usando attrezzature potenti.
Spero che tu abbia trovato interessante questa breve introduzione alla teoria del big bang e alla struttura della materia. A presto con altre scoperte scientifiche affascinanti!
La ricreazione del Big Bang nel laboratorio
Ciao, immagina di trovarti in un mondo parallelo in cui gli scienziati usano alcuni dei macchinari più grandi del mondo per studiare alcune delle particelle più piccole che conosciamo. Questi strumenti sofisticati e precisi, paradossalmente, si basano su un approccio quasi violento. Grazie a questi metodi e dispositivi, gli scienziati riescono a gettare uno sguardo su come potrebbe essere apparsa l’Universo primordiale.
L’approccio con cui gli scienziati analizzano le minuscole particelle di materia che compongono i componenti subatomici come i protoni e i neutroni è allo stesso tempo elegante e primitivo. Essi fanno collidere tra loro delle particelle subatomiche con grande energia e osservano i frammenti che ne derivano. Per fare ciò, utilizzano potenti macchine chiamate acceleratori di particelle.
Gli acceleratori di particelle sparano fasci opposti di particelle subatomiche come i protoni l’uno contro l’altro. Alcuni acceleratori sono circolari, mentre altri sono lineari. Possono essere davvero enormi: gli acceleratori circolari possono avere un diametro di diversi chilometri. Gli acceleratori utilizzano schiere di magneti per accelerare i fasci di protoni mentre viaggiano attraverso tubi minuti. Una volta che i fasci di protoni raggiungono una certa velocità, l’acceleratore li guida verso una collisione. Quando le particelle collidono, si frantumano nei loro componenti costitutivi, come ad esempio i quark.
Queste particelle subatomiche decadono in frazioni di secondo. Solo grazie a potenti computer gli scienziati possono sperare di rilevare la presenza di un quark. Nel 2024, un team di scienziati dell’Università della California, Riverside, ha riportato di aver rilevato un quark top, il più massiccio dei sei tipi di quark. Il team aveva utilizzato un acceleratore di particelle per causare una collisione tra un protone e un antiprotone. Hanno rilevato la presenza del quark dopo che esso si era già decaduto. Il processo di decadimento ha lasciato una firma elettronica identificabile.
Significa forse che gli scienziati possono ricreare il big bang? Non esattamente. Invece, gli scienziati sperano di poter simulare le condizioni dei primi istanti dell’universo. Ciò comporta la creazione di una zona calda e densa di materia ed energia. Studiando queste condizioni, gli scienziati potrebbero essere in grado di apprendere di più su come si è sviluppato il nostro universo. Ma non possono ricreare il periodo di rapida espansione che chiamiamo big bang.
Almeno, non ancora.
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