Il mistero dei raggi gamma impossibili: finalmente risolto

Immagina di essere un fisico. Stai analizzando dati di un acceleratore di particelle e all'improvviso vedi qualcosa che le tue teorie non sanno spiegare. Una quantità eccessiva di raggi gamma che escono dagli atomi di zinco, senza motivo apparente.

Confuso? Normale. Questo rompicapo ha lasciato perplessi i fisici di tutto il mondo per decenni.

Bene, stringi il camice, perché i ricercatori del Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) della Michigan State University hanno appena trovato la risposta. Ed è più interessante di quanto pensi.

Cosa diavolo stavano osservando?

Facciamo un passo indietro. I raggi gamma sono luce ad altissima energia. Quando il nucleo di un atomo si "eccita" e poi torna a uno stato più tranquillo, emette questa luce. I scienziati possono misurare quanto spesso succede a diverse energie, come se registrassimo quante volte qualcuno starnutisce a diversi volumi.

Il problema? Per alcuni atomi, il numero di raggi gamma a bassa energia è più alto di quanto chiunque avesse previsto. Questo eccesso misterioso ha persino un nome ufficiale: enhancement a bassa energia. E per anni, nessuno ha capito perché.

"Non l'avevamo previsto affatto," ha raccontato Eleanor Ronning, prima autrice dello studio, ora all'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in Italia. "È stato quasi uno shock quando l'hanno osservato per la prima volta."

Il caso dello zinco-70 è risolto

Il team si è concentrato sullo zinco-70, che sembra il nome di una band ma è in realtà un tipo specifico di atomo di zinco. Usando tecniche sperimentali e di analisi sviluppate per oltre un decennio, hanno scoperto qualcosa di affascinante: i raggi gamma extra non arrivano dalle normali transizioni "elettriche" dentro il nucleo. Arrivano da qualcosa chiamato transizioni magnetiche.

Pensala così: immagina di guardare dei ballerini dentro una discoteca (il nucleo). Di solito si muovono in un modo che crea un certo schema di luce. Ma ogni tanto fanno una mossa giratoria, magnetica, che crea un bagliore in più. È quello che succede—solo a livello subatomico.

Perché dovrebbe interessarti?

Qui viene il bello. Non è solo una curiosità sugli atomi di zinco. Questo enhancement influenza la velocità di alcune reazioni nucleari. E quelle reazioni sono responsabili della creazione degli elementi pesanti sparsi per l'universo.

Le spettacolari esplosioni di supernova che segnano la morte di una stella? Gli scontri violentissimi tra stelle di neutroni che i rivelatori di onde gravitazionali hanno catturato? Quegli eventi cosmici sono fabbriche di elementi. Schiacciano atomi leggeri insieme, costruendo quelli pesanti come oro, platino, uranio—tutto ciò che è più pesante del ferro.

Il collegamento? Quando i scienziati cercano di modellare queste officine cosmiche, devono sapere quanto velocemente avvengono le diverse reazioni nucleari. L'enhancement a bassa energia può cambiare significativamente quei tassi. Quindi, ora che capiamo il meccanismo, i nostri modelli su come l'universo crea tutti quegli elementi pesanti—quelli che troviamo nei gioielli e negli smartphone—diventeranno molto più precisi.

Una caccia durata dieci anni

Ciò che mi impressiona di più non è solo la scoperta. È la persistenza. Il team di ricerca ha passato più di dieci anni a sviluppare nuove tecniche sperimentali e metodi di analisi solo per ottenere questa misurazione. È dedizione verso la comprensione di qualcosa di genuinamente misterioso.

"Abbiamo usato una tecnica sperimentale innovativa che combina strumenti specializzati in un modo che di fatto usa l'intera struttura," ha detto Sean Liddick, uno dei ricercatori. "È emozionante vedere quegli sforzi portare a un risultato così chiaro."

Questo tipo di ricerca fondamentale mi ricorda perché la scienza è così affascinante. A volte stai solo cercando di capire perché gli atomi di zinco si comportano in modo strano, e invece stai guardando gli stessi processi che hanno creato il calcio nelle tue ossa o il ferro nel tuo sangue.

L'universo è pazzesco, se ci pensi. E là fuori, esplosioni massicce stanno ancora forgiando nuovi elementi, una reazione nucleare alla volta.

Ora, grazie ad alcuni esperimenti intelligenti con lo zinco, siamo un passo più vicini a capire esattamente come funziona questa alchimia cosmica.

Piuttosto figo, no?