Il magnetismo segreto nascosto negli atomi

Devo essere sincero: al liceo ho rischiato seriamente di addormentarmi in fisica. Più di una volta. Eppure ogni tanto la scienza ci regala scoperte talmente incredibili che anche il più refrattario tra noi deve fermarsi e prestare attenzione.

Questa è una di quelle volte.

Il rompicapo che ha lasciato di stucco i fisici per decenni

La premessa è semplice: gli atomi sono composti da protoni e neutroni ammassati in un nucleo minuscolo, circondati da elettroni. A volte questi nuclei si "eccitano" — come se vibrassero di energia extra — e quando si calmano, rilasciano quell'energia sotto forma di raggi gamma. È un po' come una palla che dopo essere stata lanciata in aria finalmente si posa.

Per anni i scienziati hanno notato qualcosa di strano. Alcuni nuclei atomici emettevano molti più raggi gamma a bassa energia di quanto i modelli fisici prevedessero. Non ovunque — solo in certi atomi, in certe condizioni. E qui viene il bello: nessuno riusciva a capire il perché, né quali atomi l'avrebbero fatto.

Eleanor Ronning, ricercatrice che ha lavorato su questo problema, l'ha detto in modo diretto: "Questo eccesso di raggi gamma a bassa energia non era previsto dalla teoria, quindi è stata una sorpresa per tutta la comunità scientifica."

Traduzione: anche gli esperti del settore non avevano idea di cosa stesse succedendo. Il che, onestamente, non è proprio il massimo della fiducia, considerando che ci aspettiamo che questi stessi scienziati capiscano cosa succede nelle centrali nucleari e all'interno delle stelle. Ma di questo parliamo dopo.

Cosa è cambiato

Un team di ricercatori della Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) e del Lawrence Livermore National Laboratory ha appena pubblicato i risultati sulla rivista Nature, e alla fine hanno trovato la risposta. E indovinate un po'? Tutto ruota attorno a un magnetismo nascosto dentro gli atomi.

I ricercatori hanno esaminato da vicino come atomi di rame radioattivo decadono trasformandosi in zinco. Utilizzando strumenti davvero sofisticati, sono riusciti a isolare due diversi tipi di transizioni nucleari che avvengono durante questo decadimento.

Ed è qui che la faccenda si fa interessante. La prima transizione era quella che i fisici chiamano "elettrica" — in sostanza, i protoni dentro il nucleo si spostavano, cambiavano posizione.

Ma la seconda era diversa. Questa era una transizione "magnetica", dove protoni e neutroni dentro il nucleo invertivano le loro proprietà magnetiche interne. Come minuscole aghi di bussola che girano tutti insieme.

Ecco la scoperta cruciale: solo la transizione magnetica produceva quella misteriosa emissione extra di raggi gamma. La transizione elettrica? Completamente normale. Noiosa, anzi.

Perché dovrebbe interessarti?

Ora, so cosa starai pensando. "Bello per i fisici, ma cosa significa per me?"

Domanda lecita. Ecco perché questa scoperta conta:

Prima di tutto, ci aiuta a capire meglio l'universo. Le reazioni nucleari che avvengono dentro le stelle, nelle supernovae e in quegli scontri epici tra stelle di neutroni che creano l'oro e altri elementi pesanti? Tutte coinvolgono i raggi gamma. Adesso abbiamo una comprensione migliore di come funzionano questi processi.

In secondo luogo — e questo interessa più da vicino chi si occupa di sicurezza nazionale — capire questi processi nucleari aiuta gli scienziati a verificare i trattati sulle armi nucleari e a indagare su eventi nucleari. Se qualcuno fa esplodere un'arma nucleare o ha un programma nucleare segreto, quelle firme dei raggi gamma potrebbero aiutarci a capire cosa è successo.

Terzo punto: l'energia nucleare. Più comprendiamo il comportamento dei nuclei atomici, meglio possiamo prevedere e modellare le reazioni nucleari — il che, quando stai cercando di generare elettricità da alcune delle reazioni più potenti della natura, non è proprio una cosa da poco.

Il quadro più ampio

Quello che trovo più affascinante di questa storia non è solo la scoperta in sé — è il ricordo che anche dopo decenni di studio dell'atomo, ci sono ancora sorprese ad attenderci. Pensiamo di aver capito tutto della fisica, e poi salta fuori una cosa del genere.

Il team di ricerca non sostiene di aver risolto tutto. Hanno studiato un nucleo specifico, e ce ne sono centinaia di altri che potrebbero comportarsi in modo diverso. Ma questa è una "pieza chiave per andare avanti", come ha detto un ricercatore. Una base su cui costruire.

E onestamente? Questo mi fa avere un po' più di fiducia in quei corsi di fisica in cui quasi mi addormentavo. La scienza non riguarda avere tutte le risposte — riguarda fare domande migliori. E a volte ci vogliono decenni di lavoro paziente per capire perché qualcosa di misterioso sta succedendo.

Quindi la prossima volta che qualcuno ti dice che la fisica è noiosa, raccontagli del magnetismo segreto nascosto negli atomi, che produce raggi gamma che nessuno si aspettava. Non ti renderà popolare alle feste, ma almeno è più interessante di quello che hai mangiato a colazione.

Fonte: ScienceDaily