Un nuovo studio all'ISOLDE non trova la firma di un numero "magico" di neutroni nel potassio-51, sfidando la proposta natura magica dei nuclei con 32 neutroni.

La magia sembra svanire da alcuni nuclei atomici. Le ultime misurazioni delle dimensioni dei nuclei di potassio ricchi di neutroni non mostrano la firma di un numero "magico" di neutroni in potassio-51, che ha 19 protoni e 32 neutroni. Il risultato, ottenuto da un team di ricercatori che utilizzano la struttura di fisica nucleare ISOLDE del CERN e descritto in un articolo appena pubblicato su Fisica della natura , sfida le teorie della fisica nucleare e la proposta natura magica dei nuclei con 32 neutroni.

Si pensa che protoni e neutroni occupino ciascuno una serie di gusci di energia diversa all'interno di un nucleo atomico, proprio come gli elettroni in un atomo riempiono una serie di gusci attorno al nucleo. In questo modello di guscio nucleare, nuclei in cui protoni o neutroni formano gusci completi, senza lasciare spazio per ulteriori particelle, sono definiti "magici" perché sono più fortemente legati e stabili dei loro vicini nucleari. Il numero di protoni o neutroni in tali nuclei è chiamato numeri magici, e sono le pietre angolari su cui i fisici costruiscono la loro comprensione dei nuclei.

Studi precedenti hanno indicato che i nuclei con esattamente 20 protoni o quasi e con 32 neutroni sono magici sulla base dell'energia necessaria per rimuovere una coppia di neutroni dal nucleo o per portare il nucleo a un livello energetico superiore. Però, le misurazioni di come cambiano i raggi (di carica) dei nuclei di potassio e calcio ricchi di neutroni man mano che i neutroni vengono aggiunti ad essi hanno messo in dubbio questa indicazione, perché non hanno mostrato un'improvvisa diminuzione relativa dei raggi di potassio-51 e calcio-52, che hanno entrambi 32 neutroni. Tale diminuzione, rispetto ai vicini nucleari con meno neutroni, indicherebbe che 32 è un numero magico di neutroni e che i nuclei con 32 neutroni sono magici.

Un numero magico di neutroni di 32 potrebbe anche essere rivelato da un improvviso aumento relativo dei raggi dei nuclei che hanno un neutrone in più, cioè 33 neutroni. Questo è esattamente ciò che il team dietro l'ultimo studio ISOLDE ha deciso di indagare. Sposando due tecniche, i ricercatori ISOLDE sono stati in grado di effettuare misurazioni dei raggi di nuclei di potassio ricchi di neutroni e di estenderli al potassio-52, che ha 33 neutroni. Le due tecniche sono un tipo di spettroscopia laser chiamata spettroscopia di ionizzazione a risonanza collineare (CRIS), che permette di studiare con elevata precisione nuclei ricchi di neutroni, e rilevamento del decadimento , che comporta il rilevamento di particelle beta (elettroni o positroni) emesse dai nuclei.

Le nuove misurazioni ISOLDE non hanno mostrato alcun aumento relativo improvviso del raggio del potassio-52, e quindi nessuna firma di "magia" al numero di neutroni 32.

I ricercatori hanno continuato a modellare i dati con teorie nucleari all'avanguardia, scoprendo che i dati sfidano queste teorie. "I migliori modelli di fisica nucleare sul mercato non possono riprodurre i dati in modo soddisfacente, ", afferma l'autore principale dell'articolo Agi Koszorus. "Se ottengono correttamente una caratteristica dei dati, gli manca totalmente il resto, " ha aggiunto il co-autore Xiaofei Yang.

"Questo studio evidenzia la nostra comprensione limitata dei nuclei ricchi di neutroni, ", afferma il coautore Thomas Cocolios. "Più studiamo questi nuclei esotici, più ci rendiamo conto che i modelli non riescono a riprodurre i risultati sperimentali. È come avere una mappa piena di autostrade, ma appena ti allontani da quelle autostrade, potresti anche camminare sulla luna per quanto ne sappiamo."

"Questo risultato mostra quanto lavoro ci rimane per capire il nucleo atomico, probabilmente il regno meno compreso della fisica, " conclude Cocolios.