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Un puro isomero di forma nel nucleo atomico 66Ni

Un isomero di forma è stato scoperto nel nucleo 66Ni. Si tratta, in assoluto, del nucleo atomico più leggero che mostra un decadimento γ ritardato, causato da un puro cambio di forma. E’ un processo estremamente raro che implica una transizione tra configurazioni microscopiche totalmente differenti e coesistenti a energia di eccitazione simile

L’esperimento è stato condotto da una collaborazione internazionale guidata da ricercatori del gruppo di Struttura Nucleare del Dipartimento di Fisica di Milano, appartenenti all’esperimento GAMMA della Commissione Nazionale Scientifica III dell’INFN, in stretta collaborazione con l’Institute of Nuclear Physics, PAN, di Cracovia, l’Horia Hulubei National Institute of Physics di Bucarest, la Free University di Bruxelles ed il gruppo teorico di Fisica Nucleare dell’Università di Tokyo.

Isomero Ni66Gli stati isomerici (metastabili) nucleari giocano un ruolo chiave nella comprensione della stuttura dei nuclei atomici. Di particolare interesse sono gli isomeri di forma: essi nascono quando, nelle superfici di energia potenziale, alte barriere separano profondi minimi associati a forme nucleari differenti nello spazio delle deformazioni. Fino ad oggi, gli isomeri di forma erano stati osservati solo nei nuclei pesanti degli attinidi, una scoperta che risale agli anni ’60, sebbene fin dagli anni ’80 modelli teorici di campo medio ne prevedessero l’esistenza anche in nuclei leggeri. In particolare, il 66Ni ed il 68Ni erano candidati tra i nuclei più leggeri ad esibire questo raro fenomeno. Solo di recente è stato possibile realizzare calcoli di modello a shell, completamente microscopici, basati su sofisticati ed ingegnosi approcci numerici di tipo Monte Carlo, mediante l’impiego di supercomputer, quali il K-computer giapponese ad un millione di processori in parallelo. I risultati di tali calcoli mostrano, molto elegantemente, una coesistenza di forme nucleari negli isotopi di nichel ricchi di neutroni, confermando il 66Ni come il caso più promettente per l’esistenza di isomeri di forma. Vengono così gettate le basi per una completa comprensione della formazione di stati metastabili associati ad un puro cambio di forma indotto da una transizione di fase quantistica nella materia nucleare.

La scoperta sperimentale di isomeri di forma nel 66Ni, ottenuta mediante tecniche di spettroscopia γ ad alta risoluzione energetica ed un meccanismo di reazione molto selettivo, dimostra che tale fenomeno è possibile non solo nei nuclei pesanti: isomeri di forma compaiono, sorprendentemente, anche in sistemi nucleari ben più leggeri, come correttamente predetto dai modelli teorici. Tale scoperta contribuisce in modo molto significativo alla soluzione di un puzzle che per decenni è sfuggito alla nostra comprensione: l’origine microscopica della deformazione nucleare.

I risultati del lavoro sono stati pubblicati in Physical Review Letters il 20 Aprile 2017 e sono stati selezionati come Editor’s Suggestion:

Per approfondimenti:
S. Leoni, B. Fornal, N. Marginean, M. Sferrazza, Y. Tsunoda et al., Phys. Rev. Lett. 118, 162502 (2017).

 

27 aprile 2017
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