Nell'ambito delle ricerche per lo studio dei sistemi nucleari lontani dalla valle di stabilità è stato scoperto al laboratorio francese GANIL il nucleo fortemente instabile Nichel-48, un nucleo speciale in quanto doppiamente magico, ossia composto da un numero "magico" sia di neutroni che di protoni. Negli studi sistematici dei nuclei atomici si scoprì che nuclidi formati da certi numeri di neutroni o di protoni avevano una varietà di proprietà speciali: poiché inizialmente non si riusciva a render ragione di queste regolarità si coniò il termine "magico" per individuare questi numeri, oggi spiegati dal modello a strati nucleare.

Un ultimo importante baluardo nella carta dei nuclidi è stato conquistato: presso il laboratorio francese di GANIL sono stati identificati alcuni eventi corrispondenti all'isotopo Nichel-48. L'esperimento è stato effettuato usando il processo di frammentazione di un fascio primario di Nichel-58, accelerato a 74.5 MeV/nucleone, su un bersaglio di nichel naturale, con successiva analisi dei frammenti in massa e carica col separatore LISE3. Tra la varietà degli isotopi deficienti di neutroni prodotti dalla reazione, è stato anche individuato il nucleo Nichel-48 (con una sezione d'urto di produzione di circa 0,05 pb ed un limite inferiore per la vita media di 0,5 ms), verosimilmente l'ultimo dei sistemi doppiamente magici ancora da osservare. La produzione di questo isotopo era stata cercata nell'ultima dozzina d'anni per le sue rare caratteristiche, che lo rendono particolarmente prezioso per la comprensione del mondo subatomico.

La semplice osservazione sperimentale del Nichel-48 ha già infatti effetti fondamentali nella nostra comprensione dei nuclei, dato che la maggior parte dei modelli danno una predizione per una ben maggiore instabilità del sistema rispetto alla vita media misurata. I nuclei doppiamente magici hanno sempre esercitato un'attrazione “magica” sui fisici nucleari. Sono sferici e mostrano una particolare stabilità rispetto agli isotopi contigui. Questione fondamentale è se il ruolo dei numeri magici, ben noto lungo la valle di stabilità, resti immutato quando in un nucleo sia presente un grande eccesso di protoni o di neutroni, dato che la tendenza alla maggior stabilità dovuta alla magicità è controbilanciata dallo squilibrio isotopico. Da notare che il nucleo Nichel-48, con 28 protoni e 20 neutroni, è l'isotopo col maggior eccesso di protoni mai identificato, lontano almeno una decina di nuclidi dalla valle di stabilità. La scoperta del Nichel-48 si aggiunge alla recente osservazione degli altri nuclei doppiamente magici Stagno-100 e Nichel-78.

Il particolare interesse del Nichel-48 sta nel fatto che questo è il solo caso di sistema doppiamente magico nella intera carta dei nuclidi il cui sistema speculare, Calcio-48, sia stabile rispetto all'emissione di particelle, un fatto che consente interessanti studi sulla simmetria nucleare. In più, con Nichel-48, Nichel-56 e Nichel-78, il nichel è probabilmente l'unico elemento in natura a possedere tre isotopi doppiamente magici. Da ultimo, con Ferro-45, Nichel-48 è il primo candidato per la non ancora osservata radioattività biprotonica, ossia l'emissione diretta di un nucleo di Elio-2 dallo stato fondamentale di un isotopo. La produzione di questi sistemi doppiamente magici lontani dalla valle di stabilità è solo un primo passo che prelude al loro successivo studio spettroscopico, fondamentale per mettere in evidenza le proprietà di questi sistemi.

La marcia di avvicinamento in questo caso non è ancora conclusa e gruppi dell'INFN stanno svolgendo un ruolo di primo piano in questi studi, in particolare per la spettroscopia gamma. Come più recente e migliore risultato in questa direzione, presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, con il rivelatore gamma EUROBALL, accoppiato ad un Neutron Wall ed al sistema di rivelazione di particelle ISIS, sono state individuate per la prima volta transizioni gamma da stati eccitati nel nucleo estremamente povero di neutroni Stagno-103, che hanno permesso di stabilire uno schema dei livelli di bassa eccitazione di tale nucleo. Lo studio completo della spettroscopia attorno al nucleo doppiamente magico Stagno-100 è ancora lontano, ma la strada sembra ormai aperta.

Istituzione scientifica citata nell'articolo:

GANIL

Autore: dottor Andrea Vitturi
In collaborazione con l' Istituto nazionale di fisica nucleare