Scoperta la massa del silicio-22, confermato un nuovo numero magico nucleare
La sfida di produrre un isotopo quasi irraggiungibile
Il silicio-22, formato da quattordici protoni e appena otto neutroni, vive pochissimo e nasce in quantità minuscole.Proprio per questo motivo finora nessuno era riuscito a pesarne con precisione lo stato fondamentale. Gli studiosi dell’istituto di Fisica Moderna dell’Accademia Cinese delle Scienze, lavorando nel complesso per Ioni Pesanti di Lanzhou, decidono di affrontare l’impresa migliorando la tecnica di spettroscopia di massa isocrona. L’obiettivo è svelare se quel numero di protoni corrisponde davvero a un nuovo numero magico, come la teoria ipotizza da tempo.
Perché i numeri magici rendono speciali i nuclei
Negli anni Quaranta e Cinquanta, Maria Goeppert Mayer e J. Hans D.Jensen descrivono, con il modello a strati nucleari, l’esistenza di particolari configurazioni di protoni o neutroni in cui il nucleo diventa sorprendentemente stabile. Valori classici come 2, 8, 20, 28, 50, 82 e 126 entrano nei manuali di fisica con l’etichetta di “magic numbers”. Più di recente, gli esperimenti su nuclei lontani dalla valle della stabilità evidenziano nuovi valori “magici” per i neutroni, ad esempio 14, 16, 32 e 34. Osservare lo stesso fenomeno per i protoni risulta invece molto più raro, e la previsione che il numero 14 funzioni in modo analogo resta senza conferma diretta fino a oggi.
L’esperimento condotto a Lanzhou con la spettroscopia di massa isocrona
Per generare il fragile silicio-22, il team utilizza il Cooling Storage Ring del sito di Lanzhou. Viene messa a punto una versione perfezionata della spettroscopia di massa isocrona definita da Bρ,capace di distinguere la firma dell’isotopo bersaglio in mezzo a un mare di frammenti. la procedura permette non soltanto di ottenere per la prima volta la massa del silicio-22, ma anche di affinare di circa sette volte la precisione sul vicino silicio-23. I dati rivelano che l’energia di separazione di due protoni risulta positiva: il nucleo, pur essendo all’estremo bordo della linea di gocciolamento, non li emette spontaneamente. Si chiude così un dibattito aperto da decenni sull’esistenza o meno di un decadimento a due protoni per questo isotopo.
Conferma del numero magico 14 per i protoni
Con il valore di massa finalmente in mano, i ricercatori calcolano l’energia di accoppiamento dei protoni del silicio-22 e la confrontano con l’energia di accoppiamento dei neutroni del suo nucleo speculare, l’ossigeno-22, composto da 8 protoni e 14 neutroni. Il paragone mette in evidenza un picco di stabilità proprio a Z = 14,validando la previsione teorica di un nuovo numero magico per i protoni. Il risultato, interpretato con il modello a strati di Gamow, colloca il silicio-22 tra i rari casi di nuclei “doppio magici”, benché con caratteristiche uniche.
Differenze sottili tra silicio-22 e ossigeno-22
Nonostante la doppia magia, l’indagine mostra che la nuvola di protoni all’interno del silicio-22 appare leggermente più estesa rispetto alla distribuzione dei neutroni nell’ossigeno-22. Questa piccola asimmetria suggerisce che, anche quando la simmetria speculare regge dal punto di vista energetico, la geometria del nucleo può rivelare sfumature inattese.L’insieme delle osservazioni apre nuove prospettive sulle interazioni tra nucleoni e sull’esistenza di nuclei estremi che, sino a poco tempo fa, parevano al limite della realtà sperimentale.
