In un recente importante passo avanti, i scienziati dell’Istituto di Fisica Moderna (IMP) dell’Accademia Cinese delle Scienze sono riusciti a misurare per la prima volta la massa del silicio-22. Questo isotopo è eccezionalmente instabile e povero di neutroni. Il loro lavoro ha dimostrato che, nel silicio-22, il numero di protoni pari a 14 si comporta come un nuovo numero magico confermato, secondo quanto riportato da Scitech Daily.
Un nuovo “numero magico” per la fisica nucleare
I nuclei atomici sono composti da protoni e neutroni. Quando il loro numero raggiunge determinati valori, come 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126, il nucleo diventa più stabile. Questo fenomeno è stato spiegato negli anni ’40 e ’50 da Maria Goeppert Mayer e J. Hans D. Jensen attraverso il modello a strati nucleari, lavoro per il quale hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 1963.
Negli ultimi anni, le ricerche sui nuclei “esotici” – lontani dalla valle di stabilità dove si trovano gli isotopi stabili – hanno identificato nuovi numeri magici di neutroni, come 14, 16, 32 e 34. Tuttavia, l’osservazione sperimentale di nuovi numeri magici di protoni è stata molto più rara.
In precedenza, gli scienziati avevano scoperto che nell’ossigeno-22 (con 14 neutroni e 8 protoni), il numero di neutroni 14 mostrava caratteristiche “magiche”. Basandosi sulla simmetria speculare nucleare, i teorici hanno previsto che anche il numero di protoni 14 dovrebbe essere un numero magico nel suo nucleo speculare, il silicio-22 (con 8 neutroni e 14 protoni). Tuttavia, generare e misurare quest’ultimo è estremamente difficile a causa della sua bassa produzione e del suo breve tempo di vita, una previsione teorica che non era stata verificata fino ad ora.
Progressi metodologici e loro implicazioni
Utilizzando una spettroscopia di massa isocrona migliorata e definita da Bρ, i ricercatori dell’IMP sono riusciti a misurare con successo la massa dello stato fondamentale del silicio-22 nell’Anello di Stoccaggio e Raffreddamento dell’Impianto di Ricerca sugli Ioni Pesanti di Lanzhou. Inoltre, hanno migliorato la precisione della massa del silicio-23 precedentemente misurato di circa sette volte.
I risultati ottenuti mostrano che il silicio-22 possiede un’energia di separazione di due protoni positiva, ovvero non perde spontaneamente due protoni. Ciò conferma il suo status di nucleo situato sulla linea di gocciolamento dei protoni senza radioattività di due protoni, ponendo fine a un lungo dibattito nella fisica nucleare.
Con il nuovo valore di massa, il team ha calcolato l’energia di accoppiamento dei protoni del silicio-22 e l’ha confrontata con l’energia di accoppiamento dei neutroni del suo nucleo speculare, l’ossigeno-22, rivelando il nuovo numero magico dei protoni 14. Questa scoperta è supportata dal modello a strati di Gamow.
Sebbene il silicio-22 mostri proprietà di doppia magia simili a quelle dell’ossigeno-22, lo studio ha scoperto che la sua distribuzione spaziale dei protoni è più dispersa rispetto alla distribuzione dei neutroni dell’ossigeno-22, mostrando una leggera rottura della simmetria. Questo studio approfondisce la comprensione delle strutture nucleari esotiche e fornisce nuove prospettive sulle interazioni dei nucleoni e sull’esistenza di nuclei estremamente insoliti.