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9 luglio 2012

Lo stagno simmetrico

La caratteristica struttura a guscio del nucleo dell’atomo è associato a dei numeri detti “magici”, in quanto consentono un movimento quasi “indipendente” di neutroni e protoni, fino ad arrivare ad un decadimento beta+, trasformando un protone in neutrone nell’orbitale precedentemente non completata.

Tale fenomeno emette alla fine, una coppia positrone-neutrino con spin parallelo o antiparallelo: chiamati rispettivamente movimento di Gamow-Teller e transizione Fermi.

Riguardo un lavoro di frontiera in fisica nucleare e secondo la rivista “Nature”, Gianluca Colò, ricercatore del dipartimento INFN, nell’articolo Nuclear physics: Symmetrical tin ha commentato così i suoi studi condotti su questo genere di fenomeni detti “stagno simmetrico” :

“Sui libri di testo, c’è un’ovvia classificazione dei vari tipi di decadimento beta. Quanto più grande è la differenza di momento angolare tra lo stato iniziale e quello finale, tanto più piccola è la probabilità di decadimento . E quindi maggiore é la vita media ,o quello che, in gergo, si chiama log(ft). Il che è ovviamente sensato, e lo si può vedere persino in maniera semi-classica: cedere più momento angolare vuol dire cambiare maggiormente l’ “orbitale” del nucleone, che si trasforma da neutrone a protone o viceversa.

In questo modo- sottolinea Colò-abbiamo: decadimenti “super-permessi” , con il cambio da n a p, ma senza cambiamento di nessun altro “numero quantico”, ovvero trasformazione senza cambio di orbitale; “permessi”  con trasformazione, ovvero con inversione dello spin, ma nessun cambio di momento angolare orbitale; “primi proibiti” con cambio di un’unità di momento angolare orbitale, ecc.ecc.
Poco meno di venti anni fa, quando si è cominciato a fare ricerca sui nuclei molto ricchi di protoni o neutroni, è nata la seguente congettura. Se il numero di neutroni diventa significativamente più grande di quello dei protoni, gli orbitali di neutrone sono via via più alti in energia, e vicini al continuo. Mentre quelli di protone diventano più legati, cioè più bassi in energia. Questo per via della forte  componente attrattiva della forza protone-neutrone. Allora, ad un certo punto, -continua- il decadimento beta diventa molto probabile, a causa del forte vantaggio energetico associato con la trasformazione neutrone-protone.  In questa trasformazione, infatti, una particella va da un livello più alto a uno più basso in energia. E se questa differenza di  energia cresce, la variazione di momento angolare può diventare poco importante. La stessa cosa avviene quando i protoni sono abbondanti rispetto ai neutroni, ma in questo caso è da considerare anche l’interazione coulombiana .
Attorno alla massa A=100. i nuclei stabili, in cui il potenziale chimico di protoni e neutroni è simile, sono quelli con circa il 20% in più di neutroni. Il nucleo 100Sn, con Z=50 e N=50, è “ricco in protoni”, rispetto agli isotopi stabili. I livelli di protone sono meno legati di quelli di neutrone, e, con una congettura simile a quella sopra, il decadimento beta+ ( beta più), in cui un protone diventa un neutrone, dovrebbe diventare favorito, indipendentemente dal cambio di momento angolare.
Questo esperimento conferma tale congettura. Il decadimento 100Sn —> 100In è un  “permesso”(o Gamow-Teller). Dunque, secondo la classificazione standard dovrebbe avere una vita media più lunga di quelli “super-permessi”. Mentre, in realtà, avviene il contrario. Qualcosa, insomma, ci dice che non abbiamo finito di scrivere i nostri libri di testo. La fisica –
conclude– non è già stata scoperta del tutto, e c’è lavoro per le nuove generazioni…”

La maggior parte delle ricerche e degli studi effettuati dal ricercatore spiegherebbero in ogni caso la forza che grandi dimensioni e basso consumo energetico sono presenti all’interno del nucleo, riprodotti in shell su larga scala dello stesso modello.

L’argomento, riportato in maniera più approfondita ed appropriata, è consultabile sulla rivista Nature.

fonte foto http://www.avmagazine.it

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