Il nucleo di potassio era magico, ma ora non lo è più

Forse in tanti ricordano di aver studiato, ai tempi del liceo, il modello a shell (guscio) degli atomi. Il primo a teorizzare il carattere quantistico della nuvola di elettroni degli atomi.

La persona ad aver questa intuizione potete vederla in questa foto: fu Niels Bohr, nel 1913. Senza nemmeno conoscere la fisica quantistica, che venne ideata solo nel 1925 da Werner Heisenberg e Erwin Schrodinger, Bohr capì l’unica spiegazione al fatto che gli atomi e la materia fossero stabili. Gli elettroni dovevano trovarsi su una struttura a gusci, ovvero con livelli energetici ben definiti. In altre parole, i livelli elettronici dovevano essere “quantizzati”.

Quando un determinato livello energetico, che dispone di un numero finito di posti liberi, è completamente riempito, gli elettroni vanno a occupare il primo guscio superiore vuoto. Le configurazioni "a parcheggio occupato", in cui un livello energetico è completamente pieno, corrispondono agli elementi della tavola periodica che chiamiamo gas nobili: gas inerti, molto stabili, con un energia di ionizzazione elevata. Risultato: Bohr vince il premio Nobel nel 1922.

Saltiamo adesso negli anni Sessanta, quando un problema simile si presenta con una scienza un po’ più giovane: la fisica nucleare. Potete immaginare quanto, ai quei tempi, fosse un tema bollente. Si conosceva il ruolo della fissione e gli scienziati del progetto Manhattan erano riusciti a costruire la bomba atomica. E’ divertente e triste pensare quanto poco si sapesse di teoria della fisica nucleare quando Hiroshima era già un evento del passato.

In ogni caso, Hans Jensen ha un’idea: importare, con le dovute correzioni e modifiche, il modello a shell nell’ambito della descrizione dei nuclei atomici. I risultati furono impressionanti: Jensen vinse il premio Nobel nel 1963.

Sappiamo dunque da quasi sessanta anni che anche neutroni e protoni si dispongono su una struttura a gusci, analoga a quella degli elettroni a livello atomico. Nel caso nucleare, queste configurazioni estremamente stabili sono dette "numeri magici". Abbiamo un nucleo magico se esso contiene un numero di protoni o neutroni pari a 2,8,20,28,32,50,82,126... i numeri magici.

Una nuovo studio, effettuato al CERN di Ginevra e pubblicato su Nature, ha mostrato che il potassio-51 (19 protoni e 32 neutroni), non presenta alcune proprietà tipiche dei nuclei magici.
In particolare, i nuclei magici hanno un raggio molto minore dei nuclei non magici. Dunque, quello che ci aspettiamo è che il potassio-52, che presenta 19 protoni e 33 neutroni, abbia un raggio molto maggiore del suo fratello minore.
Tale incremento non è stato misurato, mettendo in dubbio la magia del numero 32, nonché le nostre conoscenze di fisica nucleare.

Il direttore della ricerca, T. Cocolios, ha dichiarato: “Il risultato ci ricorda quanto ancora poco sappiamo della fisica dei nuclei.. probabilmente il campo della fisica che comprendiamo meno a fondo”.