Grazie a misurazioni laser di estrema precisione, i ricercatori hanno determinato le dimensioni dei nuclei atomici di diversi isotopi del silicio. Questo ha permesso di affinare le teorie sulla struttura nucleare e di approfondire la nostra conoscenza della materia presente nelle stelle di neutroni.
Queste scoperte rappresentano un passo da fondamentale nella nostra comprensione della struttura nucleare, fornendo vincoli sperimentali cruciali per affinare i modelli teorici. I dati ottenuti permetteranno di testare e migliorare le nostre descrizioni delle interazioni tra nucleoni all’interno del nucleo atomico, contribuendo così a risolvere alcuni dei più antichi enigmi della fisica nucleare.
Un passo avanti verso la comprensione delle stelle di neutroni
L’aggiunta o la rimozione di neutroni da un nucleo atomico determina cambiamenti nelle dimensioni dello stesso. Questo a sua volta provoca piccoli cambiamenti nei livelli di energia degli elettroni dell’atomo, noti come spostamenti di isotopi. Gli scienziati possono utilizzare misurazioni di precisione di questi spostamenti energetici per misurare il raggio del nucleo di un isotopo.
In questa ricerca, gli scienziati hanno effettuato misurazioni laser assistite dei raggi nucleari degli isotopi stabili del silicio silicio-28, silicio-29 e silicio-30. Hanno anche misurato il raggio del nucleo instabile di silicio-32, che ha 14 protoni e 18 neutroni.
I ricercatori hanno utilizzato la differenza tra il raggio del nucleo di silicio-32 e il suo nucleo specchio, argon-32, che ha 18 protoni e 14 neutroni, per stabilire limiti sulle variabili che aiutano a descrivere la fisica di oggetti astrofisici come le stelle di neutroni. I risultati rappresentano un passo importante nello sviluppo della teoria nucleare, lo studio dei nuclei e dei loro componenti.
Nuove misure gettano luce sulla natura delle stelle di neutroni
Nonostante i progressi nella teoria nucleare, gli scienziati devono ancora affrontare sfide di lunga data nella loro comprensione dei nuclei. Ad esempio, i ricercatori non hanno collegato la descrizione delle dimensioni nucleari con la teoria sottostante della forza nucleare forte. Inoltre, non è chiaro se le teorie nucleari che descrivono nuclei atomici finiti possano fornire una descrizione affidabile della materia nucleare.
La materia nucleare, composta da protoni e neutroni in interazione, si manifesta in condizioni estreme, come all’interno delle stelle di neutroni. Misurando con estrema precisione i raggi dei nuclei atomici, i ricercatori sono stati in grado di svelare dettagli fondamentali sulla struttura e sulle proprietà di questa materia esotica.
Questi dati sono essenziali per verificare e affinare i modelli teorici che descrivono il comportamento della materia nucleare in condizioni di densità e pressione elevatissime.
Stelle di neutroni: un laboratorio naturale per la fisica nucleare
I ricercatori hanno utilizzato misurazioni di spettroscopia laser di spostamenti di isotopi atomici per misurare il raggio nucleare di diversi isotopi di silicio presso la struttura di spettroscopia BEam COoler and LAser (BECOLA) presso la Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) presso la Michigan State University.
Grazie a tecniche sperimentali all’avanguardia, gli scienziati hanno misurato con alta precisione i raggi nucleari di diversi isotopi del silicio. In particolare, il confronto tra il silicio-32 e il suo nucleo specchio, l’argon-32, ha permesso loro di estrarre informazioni preziose sulla distribuzione di carica all’interno del nucleo e sulla natura delle interazioni nucleari.
Questi risultati rappresentano un passo avanti significativo nella comprensione della struttura della materia nucleare e hanno importanti implicazioni per la modellizzazione di oggetti astrofisici estremamente densi, come le stelle di neutroni.
Questo lavoro è stato in parte supportato dall’Ufficio per le Scienze del Dipartimento dell’Energia, dalla Collaborazione SciDAC-5 NUCLEI dell’Ufficio di Fisica Nucleare e dalla National Science Foundation.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters.
