Iscienziati hanno finalmente rilevato l'ossigeno-28. La sua instabilità li ha sorpresi.

Un “numero magico” della fisica potrebbe non essere poi così magico.

Utilizzando un potente acceleratore di particelle, i ricercatori hanno individuato per la prima volta una sfuggente variante dell’ossigeno. Si prevedeva che l’isotopo, l’ossigeno-28, fosse stabile grazie ai suoi otto protoni e 20 neutroni – numeri “magici” associati a una maggiore stabilità nei nuclei atomici. Ma le prime osservazioni dell'ossigeno-28, riportate su Nature del 31 agosto, rivelano che è più effimero che duraturo: i suoi nuclei si sbriciolano dopo circa uno zeptosecondo (o 0,0000000000000000000001 secondi).

La scoperta "è stata una grande sorpresa", afferma il fisico Rituparna Kanungo della Saint Mary's University di Halifax, in Canada, non coinvolto nello studio. "Abbiamo diverse teorie all'avanguardia che hanno cercato di prevedere e spiegare come dovrebbe apparire l'ossigeno-28", afferma Kanungo, ma "nessuna di queste è in grado di spiegare [le osservazioni]".

I nuclei atomici sono costituiti da protoni e neutroni, ciascuno dei quali si pensa occupi il proprio “guscio” – livelli energetici discreti separati da ampi gap energetici. I nuclei atomici con gusci esterni completi sono legati molto strettamente, il che li rende molto stabili. I gusci si riempiono quando colpiscono due, otto, 20, 28, 50, 82 e 126 particelle subatomiche (SN: 9/10/13).

Gli atomi di un particolare elemento hanno un determinato numero di protoni ma possono avere un numero variabile di neutroni. Ad esempio, l’aria che respiriamo contiene l’isotopo dell’ossigeno-16, che ha otto protoni e otto neutroni. Questo lo rende “doppiamente magico” e straordinariamente stabile. Ci si aspettava che anche l'ossigeno-28, doppiamente magico con i suoi 20 neutroni e otto protoni, fosse stabile.

Per trovare l'isotopo è stata necessaria una combinazione di forza bruta ed eleganza sperimentale. Il fisico Yosuke Kondo del Tokyo Institute of Technology e colleghi hanno utilizzato un acceleratore di particelle per frantumare gli atomi di calcio-48 contro un bersaglio di berillio. Ciò ha frammentato gli atomi di calcio-48 in isotopi più leggeri, incluso il fluoro-29. Lanciando il fluoro-29 contro un bersaglio di idrogeno liquido si stacca un singolo protone, producendo ossigeno-28.

Contrariamente alle aspettative, l'ossigeno-28 andò in pezzi quasi immediatamente. Come un secchio pieno di troppe palline, il suo nucleo eccessivamente imbottito traboccò, eliminando quattro neutroni e lasciando dietro di sé l'ossigeno-24. Rilevando simultaneamente questi prodotti di decadimento, gli scienziati hanno dimostrato di aver prodotto ossigeno-28.

La sorprendente instabilità dell’ossigeno-28 suggerisce che manca qualcosa nelle attuali teorie degli scienziati sulla forza nucleare forte, che lega protoni e neutroni nei nuclei atomici. "Penso che questo probabilmente innescherà molti sviluppi teorici", afferma Kanungo. “Ciò indica ancora una volta il compito molto impegnativo di comprendere completamente la forza più potente della natura”.

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