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La materia strana delle stelle di neutroni

Le stelle di neutroni racchiudono un gran numero di misteri, che sfidano al tempo stesso i fisici e gli astronomi. Quello che gli scienziati sanno è che la superficie di questi oggetti celesti è costituita da neutroni, la cui densità aumenta man mano che si va dall’esterno all’interno.

Dal punto di vista fisico, i neutroni possono essere considerati come una sorta di stelle di neutroni in miniatura.  Infatti, anche se li separano almeno 18 ordini di grandezza, i minuscoli neutroni dei nuclei atomici e le densissime stelle di neutroni prodotte dal collasso gravitazionale di stelle massicce hanno molto in comune. E non soltanto perché i primi sono i principali ingredienti delle seconde. Anche a livello strutturale, le particelle subatomiche con carica neutra e i corpi celesti costituiti da materia esotica sono simili.

Per questo studiare in laboratorio le reazioni tra neutroni può dire molto sul comportamento nel cosmo delle stelle di neutroni. È questo uno degli obiettivi dell’esperimento Alice (A Large Ion Collider Experiment), portato avanti al Cern di Ginevra.

Ora gli ultimi dati di Alice forniscono un nuovo metodo per misurare una delle tre interazioni fondamentali della natura che agiscono nell’infinitamente piccolo: la cosiddetta forza forte. Si tratta della ‘colla’ che tiene uniti protoni e neutroni nei nuclei degli atomi. I risultati, pubblicati su Nature, permettono di comprendere meglio meccanismi fisici che regolano l’aggregazione di stati ‘esotici’ della materia, come quelli che potrebbero essere presenti appunto all’interno delle stelle di neutroni.

Il nuovo studio è stato firmato da centinaia di scienziati, tra cui diversi italiani, che partecipano alla collaborazione internazionale Alice. Il team di ricerca ha sviluppato un metodo innovativo per misurare l’interazione forte utilizzando gli adroni (particelle subatomiche composte da quark) prodotti nell’acceleratore di particelle Lhc del Cern.

«Questa ricerca – commenta la fisica Laura Fabbietti della Technical University di Monaco, co-autrice dello studio – ha aperto una nuova strada per la fisica nucleare all’Lhc. Una strada che coinvolge tutti i tipi di quark, raggiungendo una precisione inaspettata in un luogo in cui nessuno aveva guardato finora».

Oltre a essere responsabile del legame esistente tra i protoni e i neutroni, la forza nucleare forte regola l’interazione tra gli adroni che contengono quark meno comuni. A questa famiglia appartengono i cosiddetti iperoni, particelle che presentano uno o più quark ‘strange’. Si tratta di quark che non sono presenti nei nuclei, quindi nella materia ordinaria, ma che potrebbero essere presenti nelle stelle di neutroni.

L’elevatissima pressione che caratterizza queste stelle sembrerebbe infatti essere terreno favorevole per questa materia strana, costituita appunto da iperoni dotati di quark ‘strange’.

Misurare le complesse interazioni tra la materia ordinaria (protoni) e strana (iperoni) rappresenta un tassello fondamentale per comprendere meglio l’evoluzione nel tempo delle misteriose stelle di neutroni.

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