Si pensa che la collisione delle stelle di neutroni crei metalli preziosi come oro e platino. Le caratteristiche di queste stelle rimangono un mistero, ma la soluzione potrebbe essere trovata nel nucleo atomico di piombo, uno dei più piccoli mattoni della Terra. Si è rivelato difficile svelare i segreti della forza vitale che controlla gli interni delle stelle di neutroni nel nucleo dell'atomo.
Un nuovo studio dal Chalmers University of Technology, Svezia, può offrire le risposte. Utilizzando un modello al computer, lo studio presenta una svolta nel calcolo del nucleo atomico dell'elemento pesante e stabile piombo.
Il modello, sviluppato con colleghi in Nord America e Inghilterra, mostra ora la strada da seguire. Consente previsioni ad alta precisione delle proprietà dell'isotopo* piombo-208 e della sua cosiddetta "pelle di neutroni".
Anche se le dimensioni di una stella di neutroni sono molti chilometri più grandi di un nucleo atomico, le sue proprietà sono generalmente regolate dalla stessa fisica. Il denominatore comune è la forza vitale che lega protoni ed neutroni tra loro in un nucleo atomico. Allo stesso modo, a una stella di neutroni viene impedito di collassare dalla stessa forza. Nonostante sia una componente fondamentale nel cosmo, la forza vitale è difficile da spiegare nei modelli informatici, specialmente quando si tratta di nuclei atomici pesanti e ricchi di neutroni come il piombo. Di conseguenza, i complessi calcoli dei ricercatori li hanno lasciati alle prese con molti problemi irrisolti.
Per capire come funziona la forza forte nella materia ricca di neutroni, gli scienziati hanno bisogno di confronti significativi tra teoria ed esperimento, le osservazioni fatte in laboratorio e con i telescopi e simulazioni teoriche affidabili.
Andreas Ekström, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers e uno dei principali autori dell'articolo, ha dichiarato: "La nostra svolta significa che siamo stati in grado di eseguire tali calcoli per l'elemento principale stabile più pesante".
I ricercatori hanno unito teorie con dati preesistenti provenienti da studi sperimentali per creare un nuovo modello computazionale. Successivamente, un metodo statistico precedentemente utilizzato per simulare la potenziale diffusione del coronavirus è stato combinato con calcoli complessi.
È ora possibile valutare diverse ipotesi di forza forte utilizzando il nuovo modello per l'elettrocatetere. Utilizzando il modello è anche possibile fare previsioni per vari nuclei atomici, dal più debole al più pesante.
I 126 neutroni che compongono un nucleo atomico creano il rivestimento esterno dell'atomo, o pelle. Le proprietà della forza vitale sono legate allo spessore della pelle. La comprensione del funzionamento della forza vitale, sia nei nuclei atomici che nelle stelle di neutroni, può essere migliorata anticipando il spessore della pelle dei neutroni.
Il leader della ricerca Christian Forssén, professore presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers, ha dichiarato: “Prevediamo che la pelle dei neutroni sia sorprendentemente sottile, il che può fornire nuove informazioni sulla forza tra i neutroni. Un aspetto innovativo del nostro modello è che fornisce previsioni e può valutare i margini di errore teorici. Questo è fondamentale per poter fare progressi scientifici”.
"La svolta potrebbe portare a modelli più precisi, ad esempio, delle stelle di neutroni e una maggiore conoscenza di come si formano".
“L'obiettivo per noi è capire meglio come si comporta la forza forte nelle stelle di neutroni e nei nuclei atomici. Porta la ricerca un passo avanti verso la comprensione di come, ad esempio, l'oro e altri elementi potrebbero essere creati nelle stelle di neutroni e, in fin dei conti, si tratta di comprendere l'universo".
Riferimento della Gazzetta:
- Hu, B., Jiang, W., Miyagi, T. et al. Le previsioni ab initio collegano la pelle di neutroni di 208Pb alle forze nucleari. Naz. fisica. 18, 1196–1200 (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01715-8
