Qual è il nucleo atomico più pesante che possiamo creare? Attualmente gli scienziati non hanno una risposta definitiva. Sappiamo che in natura il nucleo più pesante è quello dell’uranio, che nella tavola periodica ha numero atomico 92, pari al suo numero di protoni. Tramite reazioni nucleari è però possibile produrre in laboratorio nuclei più pesanti, detti “transuranici”, che però non sono stabili, ma decadono velocemente in altri nuclei più leggeri. Lo studio dettagliato di questi elementi necessita di misure sempre più accurate.
Un importante passo avanti in questo affascinante settore della fisica nucleare è stato compiuto da un team internazionale con la prima misura diretta della massa di alcuni isotopi di nobelio, un nucleo transuranico di numero atomico 102 (ovvero, con ben 102 protoni). Fino ad ora, infatti, la massa di questi nuclei era stata misurata solo in maniera indiretta, studiandone i decadimenti in nuclei più leggeri. La ricerca, coordinata da Michael Block del laboratorio Gsi di Darmstadt – e che ha visto coinvolta anche la sezione di Padova dell’Istituto nazionale di fisica nucleare -, è stata pubblicata su Nature e aiuterà a realizzare modelli teorici più accurati degli elementi transuranici.
Il gruppo di Block ha misurato la massa di tre isotopi del nobelio (252No, 253No e 254No) prodotti dalla fusione di nuclei di calcio con nuclei di piombo. Per riuscirci, i ricercatori hanno confinato gli isotopi in una trappola elettromagnetica accoppiata con uno spettrometro di massa.
L’esistenza di nuclei oltre l’uranio era già stata prevista teoricamente circa quarant’anni fa. I modelli mostravano infatti che, aumentando il numero di protoni e neutroni, si possono creare nuclei più stabili, ovvero che non si frammentano facilmente in nuclei più leggeri (vedi Galileo). Il nucleo più pesante oggi noto ha numero atomico 118 e porta il nome temporaneo di “ununoctio”, anch’esso instabile (vedi Galileo). Tuttavia, aggiungendo ancora protoni e neutroni i fisici si aspettano di raggiungere l’“isola di stabilità”, come viene chiamata l’insieme delle configurazioni nucleari transuraniche stabili.
La misura effettuata al Gsi permette di avvicinarsi a questa isola di stabilità poiché consente di determinare con precisione anche l’energia di legame del nobelio. La massa di un nucleo infatti differisce dalla somma delle masse dei protoni e dei neutroni costituenti. La differenza è equivalente proprio all’energia di legame, cioè all’energia che mantiene insieme il nucleo e che viene liberata quando il nucleo si frammenta. Conoscere l’energia di legame permette di verificare i modelli teorici con grande precisione, in maniera da fare previsioni più accurate sugli elementi più pesanti. (m.r.)
Riferimento: doi:10.1038/nature08774
Immagine: Michael Block che prepara la trappola elettromagnetica usata per misurare la massa del nobelio.
(Credits: G. Otto, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung)
