Quando i nuclei atomici si scontrano a velocità prossime a quella della luce, creano brevemente un plasma di quark e gluoni, uno stato della materia assurdo e caldo dove quark e gluoni vagano liberi. Questa roba si comporta come un fluido quasi perfetto e permette agli scienziati di dare un'occhiata a condizioni simili a quelle subito dopo il Big Bang. I ricercatori hanno passato un sacco di tempo a fissare i vortici drammatici del plasma e i suoi potenti campi elettromagnetici, ma la sua accelerazione? A malapena uno sguardo. È un peccato, perché l'accelerazione è ciò che fa espandere la palla di fuoco così rapidamente - in idrodinamica, è fondamentale quanto la vorticità, proprio come i campi elettrici e magnetici sono entrambi essenziali per l'elettromagnetismo.

Un team guidato dai fisici dell'Università di Fudan Yu-Gang Ma e Xu-Guang Huang ha deciso di mappare come l'accelerazione si forma e cambia all'interno di questo plasma. Hanno combinato due popolari modelli di trasporto di particelle, AMPT e UrQMD, con un metodo di smoothing gaussiano. Questo trucco trasforma le distribuzioni individuali delle particelle in campi continui di energia, momento e velocità, permettendo loro di trattare il plasma come un fluido in movimento. Hanno poi tracciato l'accelerazione attraverso energie di collisione da 3.5 GeV fino a 2.76 TeV.

"L'accelerazione non è semplicemente un dettaglio cinematico - potrebbe agire come un parametro di controllo termodinamico della materia QCD," ha detto il Professor Huang, presumibilmente mentre sistemava i suoi occhiali.

Le simulazioni hanno mostrato che l'accelerazione propria di picco può raggiungere diverse centinaia di MeV sia a basse che ad alte energie di collisione. La più forte accelerazione trasversale punta sempre verso l'esterno e si nasconde vicino al bordo esterno della palla di fuoco. Perché? Perché la pressione cala rapidamente lì mentre la densità di entalpia rimane bassa. Secondo l'equazione di Eulero relativistica, questi due fattori si rinforzano a vicenda e aumentano l'accelerazione. Quindi il bordo è fondamentalmente un punto caldo di accelerazione, che suona come un ottimo posto da evitare.

Ma il plasma non si comporta allo stesso modo a tutte le energie. A energie più basse, lo stop nucleare inizialmente rallenta le cose, producendo una decelerazione fino a circa 500 MeV. A energie ultrarelativistiche, i nuclei si attraversano così rapidamente che trascinano il nuovo plasma in brevi e intensi impulsi di accelerazione. E poiché l'accelerazione più forte rimane lungo il confine, non importa molto se i nuclei si scontrano frontalmente o con un angolo - l'effetto è simile. Quindi niente collisioni drammatiche.

L'accelerazione potrebbe fare più che semplicemente muovere il plasma. Attraverso l'effetto Unruh, un osservatore accelerato vedrebbe lo spazio vuoto come un bagno caldo. Un'accelerazione di diverse centinaia di MeV potrebbe assomigliare a temperature vicine alla temperatura di transizione QCD. Ciò significa che l'accelerazione potrebbe aggiungere un nuovo "asse di accelerazione" alla struttura di fase della materia QCD, potenzialmente influenzando sia la transizione chirale che la transizione di confinamento dei quark. Potrebbe anche generare effetti di trasporto e influenzare l'allineamento dello spin delle particelle, il che complementerebbe gli effetti di vorticità e potrebbe aiutare a spiegare lo strano comportamento di spin osservato a RHIC e LHC.

I ricercatori prevedono di includere un'evoluzione idrodinamica più realistica nei loro calcoli in futuro. Sperano anche di trovare segnali sperimentali - come schemi nella polarizzazione di spin degli iperoni - che potrebbero rivelare le impronte dell'accelerazione. Collegando effetti quantistici non inerziali con il comportamento misurabile delle particelle, questo lavoro apre un nuovo percorso per studiare la materia governata dall'interazione forte.

"Proprio come temperatura e densità definiscono il diagramma di fase della materia, l'accelerazione potrebbe aprire un nuovo asse di quel diagramma," ha detto il Professor Huang. "Mappando questa dimensione nascosta del plasma di quark e gluoni, speriamo di trasformare gli effetti quantistici non inerziali in firme che gli esperimenti possano effettivamente misurare." In altre parole, stanno trasformando una curiosità teorica in qualcosa che puoi effettivamente vedere a un collisore, il che è molto più figo di quanto sembri.