Decadimento radioattivo raro da record individuato dal nucleo atomico a forma di zucca

I fisici hanno creato un nucleo a forma di zucca che ha battuto il record di emissione di protoni con l’emivita misurata più breve per un emettitore di protoni.

In Physical Review Letters, un team internazionale riporta l’emivita di un nucleo che mostra l’emissione di protoni, un raro tipo di decadimento radioattivo in cui un atomo emette un protone. Il team stima che l’emivita di tale emissione fosse di circa 450 nanosecondi, la più breve mai misurata di qualsiasi isotopo che emette protoni.

Ogni elemento conosciuto ha isotopi, versioni di se stesso che hanno lo stesso numero di protoni ed elettroni (quindi la chimica è la stessa) ma un diverso numero di neutroni, che possono renderlo più pesante o più leggero e quindi influenzare le sue proprietà fisiche.

Anche il numero variabile di neutroni nel nucleo gioca un ruolo nella sua radioattività. I protoni sono carichi positivamente e dovrebbero semplicemente respingersi a vicenda, rendendo impossibile la formazione di qualcosa di diverso dall’idrogeno di base. Ma grazie ai neutroni – e alla forte forza nucleare tra i quark che producono protoni e neutroni – i nuclei rimangono uniti. Almeno per un po’.

Nella nuova scoperta, i fisici hanno creato un raro isotopo di lutezio. L’emissione di protoni non avviene negli isotopi presenti in natura, quindi gli scienziati devono creare dei nuclei davvero strani.

Il lutezio ha 71 protoni e il suo isotopo più comune ha 104 neutroni. In questa configurazione, l’atomo non è radioattivo. Il team ha invece utilizzato una tecnica per creare un isotopo di lutezio-149, che ha solo 78 neutroni. Il numero molto più piccolo di neutroni lo rende instabile. Produce anche una forma piuttosto strana. Le forze nucleari hanno spinto i protoni ei neutroni in una configurazione molto oblata: fondamentalmente, è a forma di zucca.

Il team ha osservato 14 eventi da questo atomo. Riferiscono che il lutezio-149 è anche l’emettitore di protoni più oblato mai misurato, oltre ad essere quello con la più alta energia di decadimento protonico nello stato fondamentale mai registrata.

I fisici, che lavorano presso l’Accelerator Laboratory dell’Università di Jyväskylä, in Finlandia, hanno creato il peculiare isotopo sparando atomi di nichel-58 in un sottile bersaglio di rutenio-96. Gli atomi di lutezio-149 sono stati quindi impiantati con un rivelatore di strisce di silicio dove potevano essere studiati. L’isotopo del lutezio-149 decade nell’itterbio-148, anch’esso radioattivo ma decade nel più tradizionale decadimento beta, emettendo un positrone (la versione positiva dell’elettrone contro la materia).

Ora, il team ha alcune strade per ulteriori ricerche. Le proprietà del lutezio-149 potrebbero essere ulteriormente studiate usando i raggi gamma, anche se non sarà facile. Potrebbero anche provare a creare lutezio-148, che potrebbe avere un’emivita più lunga. Gli studi attuali e futuri sono utili per testare modelli per le emissioni di protoni in atomi veramente esotici e porteranno a modelli migliori in grado di prevedere le proprietà dei nuclei.

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