Quattro forze fondamentali – la forza elettromagnetica, la gravità e le forze nucleari debole e forte – che governano l’universo descrivono simultaneamente l’interazione delle particelle e il modo in cui questa interazione costituisce il mondo.
I ricercatori sono un passo avanti verso la comprensione della forza nucleare forte, una delle forze più misteriose, grazie a un recente studio dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill e del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory.
La loro ricerca si basa sulle teorie fondamentali della struttura atomica sviluppate dalla fisica vincitrice del Premio Nobel dell'Argonne Maria Goeppert Mayer all'inizio degli anni '1960. Ha contribuito alla creazione di un modello matematico di struttura nucleare. La sua teoria ha chiarito un mistero di vecchia data tra gli scienziati: perché un particolare numero di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo lo rende molto stabile.
Indagando su come la struttura di un nucleo può cambiare quando si forma in uno stato eccitato attraverso una reazione nucleare, il gruppo di ricerca ha precedentemente condotto esperimenti comparabili per esaminare la forza nucleare forte. Hanno esaminato i 64 neutroni e il protone nichel-64, risultanti da questi e altri studi condotti all'estero. Questo nucleo pesa più di qualsiasi nucleo stabile di nichel, con 28 protoni e 36 neutroni. Quando stimolato a livelli energetici più elevati, le caratteristiche di questo isotopo del nichel gli consentono di modificare la sua struttura.
Per il loro esperimento, il team ha utilizzato l’Argonne Tandem Linac Accelerator System, una struttura utilizzata dal DOE Office of Science, per accelerare un campione di nuclei Ni-64 verso un bersaglio principale. Gli atomi di piombo erano in grado di eccitare i nuclei del Ni-64 attraverso le forze elettromagnetiche derivanti dalla repulsione tra il piombo e il nichel protoni.
Assomiglia alla procedura per scaldare un sacchetto di popcorn nel microonde. I chicchi iniziano ad esplodere in varie forme e dimensioni mentre si riscaldano. Il popcorn che esce dal microonde è diverso da quello che è entrato e, cosa più importante, l'energia applicata ai chicchi ne ha causato il cambiamento della struttura.
I raggi gamma prodotti quando i nuclei di Ni-64 decadono tornando al loro stato fondamentale sono stati scoperti dallo strumento GRETINA dopo che i nuclei di Ni-64 sono stati stimolati. L'orientamento delle particelle coinvolte nel contatto è stato accertato da CHICO2, un diverso rilevatore. Il team ha potuto identificare la forma (o le forme) che il Ni-64 ha assunto in quanto emozionante, grazie ai dati raccolti dai rilevatori.
L'analisi dei dati ha rivelato che anche i nuclei di Ni-64 stimolati dalle interazioni con il piombo hanno subito alterazioni strutturali. Tuttavia, a seconda della quantità di energia applicata, il nucleo atomico sferico del nichel assumeva una forma oblata, simile a una maniglia, o una forma prolata, simile a un pallone da calcio. Questa scoperta è eccezionale per i nuclei pesanti come il Ni-64, che hanno molti protoni e neutroni.
Robert Janssens, professore alla UNC-Chapel Hill e coautore dell'articolo, disse, “Un modello è un'immagine della realtà, ed è un modello valido solo se può spiegare ciò che era noto prima e se ha un certo potere predittivo. Stiamo studiando la natura e il comportamento dei nuclei per migliorare continuamente i nostri attuali modelli della forza nucleare forte”.
“I risultati del Ni-64 e dei nuclei circostanti possono gettare le basi per future scoperte pratiche nel campo della scienza nucleare, come l’energia nucleare, l’astrofisica e la medicina. Oggi più del 50% delle procedure mediche negli ospedali coinvolgono isotopi nucleari. E la maggior parte di questi isotopi sono stati scoperti durante la ricerca fondamentale come stiamo facendo noi”.
Riferimento della Gazzetta:
- D. Little, AD Ayangeakaa, et al. Eccitazione Coulomb multifase di 64Ni: coesistenza di forme e natura delle eccitazioni a basso spin. Fis. Rev. C. DOI: 10.1103/PhysRevC.106.044313
