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Magie nucleari

Sulle masse atomiche, e sulle energie di ionizzazione, si fonda il modello a shell atomico. Allo stesso modo, sulle masse nucleari e le energie di separazione di neutroni e protoni, si fonda il modello a shell nucleare. I nuclei a shell chiuse sono più legati, o, in altre parole, costa più energia strappare un nucleone. Sono i cosiddetti nuclei "magici", e i numeri magici, che corrispondono alle chiusure di shell, sono diversi da quelli atomici e ci informano sulle specificità del potenziale nucleare.
Mentre il potenziale atomico è principalmente quello Coulombiano del nucleo, e l'interazione tra elettroni è una perturbazione, quello nucleare nasce SOLO dall'interazione di tutti i nucleoni con sé stessi. Come tale, ha una maggiore varietà, dovuta anche al fatto che nel nucleo vi sono sia neutroni che protoni.
La ricerca attuale esplora nuclei che sono ancora legati rispetto all'interazione forte, ossia hanno energie di separazione positive. Ma sono instabili rispetto all'interazione debole, poiché subiscono il decadimento beta. Tra questi gli isotopi del calcio oltre il 48Ca, ed altri.
Quando il numero di neutroni supera di parecchio quello dei protoni, i neutroni si trovano ad occupare livelli vicini al continuo, e le funzioni d'onda sono più estese di quelle fortemente legate. La domanda che ci poniamo è se in questa situazione, il potenziale medio che un nucleone sente cambia, e con esso le chiusure di shell. La risposta pare affermativa. Già da alcuni anni si sa che i numeri magici degli isotopi ricchi di neutroni di nuclei leggeri, come ossigeno e fluoro, non sono quelli riportati nei libri di testo di introduzione alla fisica nucleare. Pareva una specificità dei sistemi a pochi nucleoni. Ma se è così anche nel calcio, la conclusione è che il modello a shell non è "unico" in tutta la tavola periodica, ma è una funzione dell'eccesso neutronico.
Se fosse così anche per gli atomi, la tavola periodica non sarebbe un banale rettangolo....

 

Gianluca Colò

Per saperne di più: http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7454/full/nature12226.html

28 giugno 2013
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