Quark liberi nella firma delle onde gravitazionali
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La fusione di due stelle di neutroni potrebbe determinare una transizione di fase in grado di trasformare i neutroni in quark liberi


Fonte Luciano Rezzolla et al. - Physical Review Letters - "Signatures of Quark-Hadron Phase Transitions in General - Relativistic Neutron - Star Mergers".


Diverse densità e temperature durante la fusione. Crediti L.Rezzolla
Diverse densità e temperature durante la fusione.
Crediti L.Rezzolla

Dai tempi del Big Bang , quark liberi non se ne vedono ma soltanto uniti a formare protoni e neutroni. Un team di ricercatori sostiene, tuttavia, che quark singoli possano essere generati durante la fusione di stelle di neutroni, laddove temperature e pressioni portino a transizioni di fase da una materia di neutroni a una materia di quark.

Il processo di scioglimento dei neutroni in quark dovrebbe verificarsi, stando allo studio, in presenza di un oggetto risultante dalla fusione molto stabile, con densità superiore a quella dei nuclei atomici e con una temperatura 10 mila volte superiore a quella del Sole. In queste condizioni si potrebbe creare - al centro dell'oggetto risultante dalla fusione - uno stato della materia chiamato plasma di quark e gluoni. Secondo lo studio, la transizione di fase potrebbe lasciare una firma nelle onde gravitazionali emesse dalla fusione delle stelle di neutroni. 

Nel caso in cui la transizione si verifichi dopo la fusione, si avrà l'apparizione di piccole e graduali quantità di quark, tali da generare una deviazione nel segnale dell'onda gravitazionale fino al collasso della stella di neutroni appena formata. Una simile deviazione potrà essere misurata dai nuovi rivelatori di onde gravitazionali.

Questa teoria è stata simulata al fine di verificare la transizione da adroni a plasma di quark e gluoni e di comprendere quale possa essere il segnale all'interno dell'onda gravitazionale. La simulazione ha fornito un segnale netto che al momento attuale, tuttavia, non è nelle corde degli interferometri operanti. Il segnale dell'onda multimessenger si è fermato prima della fusione delle stelle di neutroni, facendo perdere la parte più interessante allo scopo dello studio. Se i prossimi rilevatori potranno catturare anche il segnale post-merger sarà possibile testare questa transizione di fase alla frequenza dei 2-3 kHz (Physical Review Letters - “Post-merger gravitational wave signatures of phase transitions in binary mergers” - Lukas R. Weih et al.)