Non capita spesso che la fisica nucleare finisca sotto i riflettori. Ma questa volta la notizia è tutt’altro che tecnica: è stato identificato un nuovo numero magico. E no, non parliamo di numerologia. Parliamo di protoni. E il numero è 14.
La scoperta arriva dal team dell’Institute of Modern Physics di Lanzhou, in Cina, che ha misurato con precisione la massa di un isotopo rarissimo, il silicio-22. Risultato? I suoi 14 protoni si comportano come se fossero chiusi in un guscio perfetto. Una configurazione stabile, inaspettata, che apre una nuova finestra su come funziona davvero il nucleo atomico.
Cosa vuol dire “numero magico”?
In fisica nucleare, certi numeri di protoni o neutroni rendono i nuclei più stabili. Sono i cosiddetti numeri magici, e funzionano un po’ come i livelli energetici degli elettroni: quando un guscio è pieno, l’atomo si “sistema” meglio.
Finora erano noti numeri magici come 2, 8, 20, 28 e così via. Ma quasi tutti erano basati su nuclei stabili o a lunga vita. Il silicio-22, invece, è un caso limite: vive pochissimi millisecondi, ha pochi neutroni e tanti protoni, e proprio lì si è visto qualcosa di nuovo.
Silicio-22: il gemello opposto dell’ossigeno-22
Il trucco per scovare questo comportamento è stato confrontarlo con un suo “specchio”: l’ossigeno-22. Quest’ultimo ha 8 protoni e 14 neutroni. Il silicio-22, l’opposto: 14 protoni e 8 neutroni.
Secondo la simmetria nota come isospin, due nuclei specchio dovrebbero avere caratteristiche simili. E così è stato: l’ossigeno-22 era già noto come “doppio magico”. Ora anche il silicio-22 mostra gli stessi segni: gusci completi sia nei protoni che nei neutroni.
Una misura che non perdona
Misurare la massa di un nucleo instabile non è facile. Per riuscirci, i ricercatori hanno usato un acceleratore potentissimo e una tecnica di precisione chiamata Bρ-defined isochronous mass spectroscopy. Il procedimento è questo:
- Accelerano un fascio di ioni di argon-36 a due terzi della velocità della luce
- Lo fanno schiantare contro un bersaglio di berillio
- Dalla frammentazione emergono, tra gli altri, nuclei di silicio-22
- Questi vengono catturati in un anello di accumulo, dove si misura con estrema precisione la loro velocità e il tempo che impiegano a completare un giro
Da lì si ricava la massa nucleare, e da quella si capisce quanto il nucleo è legato. Nel caso del silicio-22, i 14 protoni sono chiusi in un guscio ben saldo. Più saldo del previsto.
I protoni sono più “larghi”
C’è un’altra particolarità: secondo le analisi teoriche, i protoni nel silicio-22 occupano una regione spaziale più ampia dei neutroni. È una leggera asimmetria rispetto al suo specchio ossigeno-22, ma sufficiente a indicare che le interazioni a quei livelli sono più complesse di quanto si pensasse.
Non è un’anomalia. È una chiave di lettura. Questo tipo di nuclei, con pochi legami stabili e affacciati sullo “strapiombo” della stabilità, sono sistemi quantistici aperti, dove i protoni possono quasi uscire dal nucleo e interagire con stati nel continuo. Un concetto centrale anche nella fisica quantistica avanzata.
Perché importa
Questa scoperta non è un dettaglio da laboratorio. Cambia la mappa della struttura nucleare. E non solo:
- Migliora i modelli dell’interazione forte, la forza che tiene insieme i nuclei
- Aiuta gli astrofisici a calcolare come si formano gli elementi nelle stelle
- Estende il concetto di numeri magici anche ai nuclei estremi, che non vivono abbastanza da farsi studiare facilmente
Come spiega Giacomo de Angelis, fisico nucleare che ha partecipato allo studio, si tratta di un risultato che “spinge tutta la comunità scientifica a indagare oltre”.
E ora?
Il Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) negli USA ha già misurato lo stato eccitato del silicio-22. E il prossimo passo arriverà dalla Cina, dove sta per entrare in funzione il HIAF, un nuovo acceleratore pensato proprio per esplorare i nuclei più esotici e instabili.
Il silicio-22, insomma, ha fatto da apripista. Ma non sarà l’ultimo.
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