ALICE al CERN chiarisce la formazione dei nuclei leggeri negli urti ad alta energia

La collaborazione scientifica ALICE, operante presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN a Ginevra, ha raggiunto una comprensione fondamentale sul meccanismo di genesi dei nuclei atomici leggeri, quali il deuterone e l'antideuterone, in condizioni di collisione estreme. I risultati di questa indagine, guidata da ricercatori della Technische Universität München (TUM) e pubblicati sulla rivista Nature nel dicembre 2025, forniscono una spiegazione definitiva sulla sopravvivenza di queste strutture fragili nonostante le temperature elevate generate negli scontri tra particelle, risolvendo un quesito di lunga data nella fisica nucleare.

L'analisi dei dati raccolti dal rivelatore ALICE, specificamente progettato per sondare l'interazione forte, ha rivelato che i costituenti fondamentali dei nuclei, protoni e neutroni, non sono immediatamente presenti all'inizio dell'evento di collisione. Al contrario, la loro origine risiede nel decadimento di stati particellari ad alta energia e di brevissima esistenza, noti come risonanze, tra cui spicca la risonanza $\Delta(1232)$. Questa sequenza di eventi, in cui la risonanza decade in nucleoni e pioni, è cruciale, poiché consente ai nucleoni di combinarsi successivamente attraverso la fusione nucleare nello stadio finale, man mano che il sistema di collisione si raffredda.

Le misurazioni sperimentali condotte da ALICE indicano in modo inequivocabile che circa il 90 percento dei (anti)deuteri osservati si origina attraverso questo percorso mediato dal decadimento delle risonanze. La Professoressa Laura Fabbietti della TUM ha sottolineato come queste osservazioni confermino che la formazione dei nuclei leggeri avvenga in una fase dell'interazione che è "relativamente più fredda e tranquilla", escludendo la fase iniziale, estremamente energetica, dello scontro. Questo lavoro rappresenta un avanzamento significativo nella comprensione dell'interazione forte, la forza fondamentale che governa la coesione dei nuclei atomici.

Le implicazioni di questa ricerca travalicano i confini della fisica nucleare di laboratorio, estendendosi all'astrofisica, come evidenziato dal Dottor Maximilian Mahlein. Modelli teorici migliorati, basati su queste nuove evidenze sperimentali, potrebbero affinare l'interpretazione dei dati provenienti dai raggi cosmici e offrire nuove prospettive nella decifrazione della natura della materia oscura. Il contesto istituzionale vede la Professoressa Laura Fabbietti e il Professor Lukas Heinrich insigniti del Breakthrough Prize in Fundamental Physics nell'aprile 2025 per il loro lavoro congiunto, e la seconda fase di finanziamento per l'ORIGINS Cluster of Excellence approvata a maggio 2025.

L'esperimento ALICE, parte dei quattro esperimenti principali del LHC insieme ad ATLAS, CMS e LHCb, è stato proposto originariamente nel 1993 con l'obiettivo primario di studiare il plasma di quark e gluoni (QGP). La collaborazione, che conta oltre mille scienziati, ha completato un potenziamento dei suoi rivelatori nel 2021 per ottimizzare la raccolta dati per le fasi Run 3 e Run 4, previste fino alla fine del 2032. La precisione nello studio di queste interazioni è fondamentale per testare la Cromodinamica Quantistica (QCD), la teoria dell'interazione forte, e la ricerca del gruppo Fabbietti alla TUM si inserisce in questo quadro attraverso lo sviluppo di metodi di femtoscopia.