L’ATOMO CHE NON DOVREBBE ESISTERE

Una scoperta ha scosso la comunità scientifica, mettendo in dubbio quando un nucleo atomico può essere definito tale: si chiama azoto-9 e la sua struttura va ben oltre i limiti teorici di esistenza per i nuclei atomici.
di Lanfredi Omar

Alcuni di voi già sapranno che il nostro universo funziona sulla base di quattro forze fondamentali: interazione forte, interazione debole (alla base della radioattività), forza gravitazionale e forza elettromagnetica.
L’interazione forte, che tiene uniti protoni e neutroni nei nuclei atomici, è la più intensa tra tutte le forze, ma presenta anche dei limiti: affinché i nuclei atomici siano stabili, devono contenere un numero simile di protoni e neutroni. Se sussiste uno squilibrio, il nucleo diventa instabile. Ciò riguarda in particolare i protoni, che si respingono a causa della loro carica positiva. Prende il nome di “linea di sgocciolamento” il momento in cui, a causa dell’eccesso di un componente nucleare, i nuclei atomici iniziano a sfaldarsi: come suggerisce la definizione, i nucleoni, protoni e neutroni in eccesso finiscono per sgocciolare fuori dal nucleo.
Un gruppo di scienziati ha di recente individuato il nucleo atomico più esotico finora rilevato, al di là della linea di sgocciolamento. Come avviene spesso negli ambienti scientifici, la particolare scoperta è avvenuta con serendipità: lo studio è stato condotto presso l’Università dello Stato del Michigan da parte di un team di ricercatori, prevalentemente fisici nucleari, cinesi e americani. È stato concesso loro di utilizzare il National Superconducting Cyclotron Laboratory, uno speciale tipo di acceleratore di particelle chiamato ciclotrone, il più grande impianto del genere in un campus universitario.
Nel loro esperimento, gli scienziati coinvolti hanno sparato, utilizzando il ciclotrone, un particolare nucleo O13 (ossigeno-13), molto ricco di protoni, su un sottile foglio di berillio e hanno, poi, studiato i prodotti derivati dalla collisione. È stato rilevato un nucleo piuttosto esotico che corrisponderebbe ad un atomo di N9 (azoto-9): con sette protoni e due soli neutroni, esso va ben oltre quanto ci si potesse mai aspettare. Finora si conoscevano solo nuclei con un massimo di quattro protoni in eccesso: si pensi al C8 (carbonio-8) con sei protoni e due neutroni. Il nucleo atomico appena scoperto si trova ancor più in una zona grigia dell’esistenza, il che solleva la questione di quando un nucleo atomico possa essere definito tale: i componenti dell’atomo in eccesso, infatti, non sono legati, ma si trovano semplicemente in uno stato di risonanza comune. In N9, più della metà delle particelle del nucleo sono in questo stato non legato. Solo due protoni e due neutroni formano un ammasso legato, che corrisponde a un nucleo di elio.
Già in precedenza c’erano state indicazioni sull’esistenza dell’esotico N9. Tuttavia, l’esperimento attuale fornisce per la prima volta dati sufficienti per trarre le prime conclusioni sulle sue proprietà. Questi nuclei atomici estremi contribuiranno a migliorare i modelli ancora molto incompleti dei nuclei atomici al di là della linea di sgocciolamento, e quindi a saperne di più sul misterioso comportamento delle particelle elementari in questi stati esotici e non apparentemente legati.
Il mio personale pensiero va ad un’eventuale scoperta, sulla base delle osservazioni fatte sull’azoto-9, di un nuovo stato della materia: non stupirebbe, dal momento che sono stati identificati almeno una trentina di altri stati della materia, considerati appunto esotici rispetto ai classici tre o quattro ai quali siamo abituati.
L’Universo, dalla sua parte più infinitesimale alla sua più grande struttura, ha ancora tanto da svelarci.