Non rispetta i “numeri magici”
di Silvia Fracchia
Gli studiosi dei nuclei atomici si sono trovati davanti a una bella sorpresa: un inaspettato tipo di fissione, mai osservato in precedenza. La scoperta è avvenuta di nuovo al CERN, il grande laboratorio europeo di fisica delle particelle, questa volta nell’ambito dell’esperimento ISOLDE.
Il nucleo che dà origine a questa reazione anomala è il mercurio-180, composto da 80 protoni e 100 neutroni. I risultati dell’esperimento sono riportati in un articolo di Andrei Andreyev, del Gruppo di Ricerca in Fisica Nucleare dell’Università della Scozia Occidentale di Paisley, e dei suoi collaboratori, pubblicato su “Physical Review Letters”.
La fissione nucleare è un processo che dovrebbe stuzzicare l’interesse anche di coloro che non hanno formazione scientifica: costituisce infatti il “motore” dei reattori nucleari ed è alla base del funzionamento della bomba atomica. Nonostante le sue condannabili (nel caso della bomba) applicazioni tecnologiche, la fissione è una reazione nucleare di grandissimo interesse. In poche parole, si tratta della scissione di un nucleo pesante e instabile in due frammenti più leggeri, con la liberazione di una certa quantità di energia ed eventualmente di alcuni neutroni. Di solito la scissione avviene in modo (quasi) simmetrico: i due nuclei residui hanno grosso modo la stessa massa, pari a circa la metà della massa del nucleo iniziale. Esistono anche casi più rari di fissione in cui le masse dei frammenti sono significativamente diverse. Tuttavia questo caso si verifica solo in condizioni molto particolari, quando il numero di protoni o di neutroni dei nuclei finali è “magico”. No, non siamo a Hogwarts e la fisica nucleare non parla di incantesimi e pozioni. Però ci sono dei numeri molto speciali (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126), detti appunto “magici”: se un nucleo possiede un numero magico di protoni o neutroni (o di entrambi), allora esso sarà particolarmente stabile, ossia sarà molto più difficile strappargli un nucleone rispetto ad altri nuclei non magici.
Secondo le previsioni teoriche, il mercurio-180 dovrebbe decadere in due nuclei di zirconio-90, entrambi con 40 protoni e 50 neutroni. Questo decadimento dovrebbe essere addirittura fortemente favorito, poiché sia il 40 sia il 50 sono numeri magici. Ma ecco la sorpresa: il mercurio-180 decade in realtà in rutenio-100 e kripton-80, una fissione asimmetrica e inaspettata. Per realizzare l’esperimento, Andreyev e il suo gruppo hanno potuto sfruttare l’esclusiva possibilità fornita da ISOLDE: un fascio puro di elementi pesanti e instabili. Il punto di partenza è un fascio di tallio-180, che decade per la maggior parte in mercurio-180 mediante cattura elettronica. Da qui è stato possibile osservare il peculiare decadimento.
Alcuni teorici hanno avanzato ipotesi sul motivo di quest’anomalia, anche se complessivamente l’asimmetria della fissione resta inspiegata. Un’osservazione di questo tipo è quindi di fondamentale importanza perché porta un nuovo tassello da inserire nel mosaico della conoscenza del nucleo atomico.