Vestiti di neutroni

Continua la telenovela a molte puntate sull'avventura dei neutroni nel nucleo dell'atomo. Se volete un ripasso di tutte le puntate precedenti, necessario per superare l'esamino di metà corso, dovete leggere la puntata 1, la 2, la 3 e la 4. Tutto questo cammino si è districato nel complesso paesaggio nucleare, di cui abbiamo imparato a conoscere la valle di stabilità, il confine dei protoni - non molto distante dal fondo valle - e la linea di dripping dei neutroni che invece si trova molto lontano ed è caratterizzata da una vasta regione inesplorata dove possiamo solo dire "Hic sunt neutrones". Siamo praticamente arrivati al season final, oggi, penultima puntata cercheremo di capire cosa possiamo aspettarci da questi nuclei estremamente ricchi di neutroni, mentre nella prossima puntata vedremo come fare praticamente a produrli e studiarli, e cosa stiamo facendo proprio in Italia a tale riguardo.


Prendiamo il nostro caso di studio, ovvero il nucleo di stagno-132 che abbiamo visto essere doppiamente magico. Quella che stiamo per fare è un'astrazione impropria, la fisica non è esattamente così, ma ci aiuta a capire. Nel modello a shell il nucleo dell'atomo è rappresentabile come se fosse una cipolla, dove ogni strato completo prende il nome di shell, appunto. In realtà ogni livello è suddiviso in due parti, una per i protoni e una per i neutroni e man mano che andiamo verso i nuclei grandi servono sempre più elementi per completare uno strato del nucleo. Lo stagno 132, ha 50 protoni e 82 neutroni, il che significa che i primi 5 strati (fino a 50) sono tutti completi e doppi, ogni posto è riempito da un protone e da un neutrone. I 32 neutroni restanti sono esattamente quelli necessari a riempire il prossimo livello ed è come se il nostro nucleo-cipolla (Dio mi perdoni per questo esempio!) avesse la pellicina più esterna composta esclusivamente da neutroni senza nemmeno un protone.

Uscendo dalla metafora, i fisici hanno veramente battezzato questo livello di puri neutroni come neutron-skin (pelle di neutroni) ed è un fenomeno particolarmente interessante da studiare perché la presenza di questa pellicina influenza alcune proprietà come lo densità del nucleo e l'interazione con altri nuclei. Infatti la pellicina è neutra e avvicinandosi ad altri nuclei eserciterà la forza nucleare forte nascondendo al suo interno la repulsione coulombiana. Per i nuclei piccoli sappiamo che si può formare un alone di neutroni che circondano la parte centrale del nucleo che contiene anche la carica positiva, per i nuclei grossi la pelle di neutroni è stata caratterizzata per nuclei doppio magici come il piombo 208 che però, non essendo radioattivo, si colloca esattamente nel fondo della valle di stabilità.

Uno degli aspetti più interessanti è quello di capire fenomeni astrofisici, come suggeriva l'immagine d'apertura, in particolare come i processi di decadimento beta, gamma, la cattura di neutroni e protoni porta alla nucleosintesi, cioè la formazione dei nuclei, sulle stelle e anche tutti i fenomeni strani che avvengono sulle stelle di neutroni. Altre proprietà della pelle di neutroni sono elencate qui, per esempio.

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