Logo Università degli Studi di Milano


Dipartimento di

 
 
Notizie  

L'incertezza fa parte della vita, anche in Fisica Nucleare

Source: https://frib.msu.edu/_files/images/news_prex_lead_isotope_408.jpg

Mentre gli scienziati lavorano per sviluppare idee ed esperimenti per ridurre al minimo tale incertezza, non devono dimenticarsene. A tal fine, Xavier Roca-Maza dell'Università di Milano, Paul-Gerhard Reinhard dell'Università di Erlangen-Norimberga e Witold Nazarewicz della Michigan State University hanno pubblicato una sorta di promemoria sulla rivista Physical Review Letters.

"È importante ricordare che le misurazioni sperimentali e i modelli teorici devono essere accompagnati da stime di errore", ha affermato Roca-Maza, professore associato presso il nostro Dipartimento. "E le cose si possono capire meglio se si considerano quelle incertezze"

In questa pubblicazione, gli autori fanno riferimento a molte discussioni a seguito dell'attesissimo Lead Radius Experiment presso la Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Virginia (link). L'esperimento è stato progettato per dedurre il raggio associato alla distribuzione di neutroni del nucleo di un atomo di piombo, attraverso la misurazione di una minuscola asimmetria in un esperimento di diffusione di elettroni. Questo esperimento, noto come PREX, che fa rima con "T-REX” – ha osservato un nucleo di piombo con 82 protoni e 126 neutroni. La P in PREX deriva dall'abbreviazione di piombo sulla tavola periodica, Pb. Gli scienziati sapevano che questo isotopo del piombo avrebbe avuto una "pelle di neutroni" perché ha più neutroni che protoni. Cioè, i neutroni sporgerebbero leggermente più in là dei protoni. Ciò che la prima analisi teorica del risultato PREX ha suggerito, tuttavia, è che questa pelle è di qualche quadrilionesimo di pollice più spessa di quanto molti scienziati si aspettassero. E, sempre attraverso la teoria, questa minuscola pelle può avere implicazioni astronomiche: può essere correlata alle dimensioni di oggetti celesti come le stelle di neutroni.

Le stelle di neutroni sono affascinanti per molte ragioni, inclusa la loro densità sbalorditiva. Sono incredibilmente massicce - la "tipica" stella di neutroni ha il 40% di massa in più rispetto al nostro sole - e incredibilmente piccole, per gli standard delle stelle. Si potrebbero inserire circa sei stelle di neutroni con la massa di otto soli tra Milano e Torino. La pelle di neutroni inaspettatamente spessa del piombo potrebbe implicare che queste stelle siano più grandi del previsto. Non drammaticamente più grande, ma abbastanza da inviare "una scossa psicologica alla comunità", ha affermato Jorge Piekarewicz, professore di fisica nucleare teorica presso la Florida State University (link per approfondimento).

Nel nuovo articolo, il trio ha fatto un passo indietro e ha analizzato i risultati PREX attraverso numerose lenti fornite da diversi modelli teorici. I ricercatori hanno scoperto che quando i dati PREX sono spiegati da un modello teorico, un'altra proprietà nucleare di base del piombo, chiamata polarizzabilità del dipolo, non può essere riprodotta. In altre parole, non esiste un singolo modello attuale che possa tenere conto in modo coerente di ciò che è noto sulle proprietà del nucleo di piombo e sulla misurazione di PREX.Un modo di guardare a questa disconnessione tra le teorie e l'esperimento PREX è che i modelli sono imperfetti o rotti. Ma gli autori hanno messo in guardia contro tale interpretazione. "Quello che stiamo dicendo è 'tenete i vostri cavalli, dobbiamo capire meglio il risultato PREX prima di trarre conclusioni di vasta portata". Cioè, c'è una certa incertezza. Nella loro nuova analisi, Roca-Maza e i suoi colleghi hanno prestato molta attenzione alle incertezze o "barre di errore" che fanno parte dell'esperimento e ai modelli utilizzati per interpretarlo. Quando si considerano queste barre di errore, l'immagine che emerge è che il risultato PREX e i modelli sono più coerenti di quanto potrebbero essere inizialmente apparsi. “Al momento non abbiamo alcuna prova convincente che la pelli de neutroni e le stelle di neutroni debbano essere più grandi di quanto previsto dai modelli "standard" di nuclei atomici.

Anche se questo potrebbe non essere il risultato più entusiasmante, non toglie nulla all'importanza del risultato PREX. Dimostra semplicemente che è troppo presto per fare affermazioni definitive sulla dimensione delle pelli e delle stelle di neutroni, il che richiederà più esperimenti e sviluppi teorici", ha affermato Roca-Maza. "La prossima generazione di esperimenti aiuterà". ha detto Roca-Maza. "Ma, considerando i dati attuali, non c'è bisogno immediato di rivedere i nostri libri di testo".

Il grafico mostra i risultati di due esperimenti sull'isotopo piombo-208 in grigio insieme a quattro modelli utilizzati per interpretare i risultati in rosso e verde. Il messaggio da portare a casa qui è che nessun singolo modello può riprodurre entrambi gli esperimenti. Le linee tratteggiate rappresentano i valori medi delle misurazioni del PREX del Jefferson Lab e del Centro di ricerca per la fisica nucleare dell'Università di Osaka. Le aree ombreggiate in grigio mostrano le incertezze di tali misurazioni. Per i modelli, i quadrati indicano il valore medio e le ellissi mostrano le stime dell'errore. Tre modelli rientrano nell'incertezza dell'esperimento PREX, con uno nell'incertezza del risultato RCNP. Un modello, SV-min, rientra nella sovrapposizione grigio scuro delle due misurazioni sperimentali.

13 dicembre 2021
Torna ad inizio pagina