Supponiamo di avere un isotopo di Mercurio-180 e di voler effettuare una fissione nucleare di questo atomo presso un grande acceleratore di particelle svizzero, che cosa ci aspettiamo che accada? Sicuramente da scienziati preparati penseremmo che il nucleo del mercurio, formato da 80 protoni e 100 neutroni, si spezzerà in due nuclei più leggeri di Zirconio, formati ciascuno da 40 protoni e 50 neutroni, rispettando una simmetria nella divisione che ad occhio sembra sempre la ‘scelta’ migliore, o comunque la conseguenza più conveniente.
La sorpresa dei ricercatori che lavorano all’esperimento ISOLDE presso il Cern è stata grande, poiché il mercurio ha seguito un comportamento decisamente inusuale rispetto alle fissioni nucleari ad oggi osservate. In genere i nuclei atomici più pesanti si dividono simmetricamente in elementi più leggeri, con frammenti di uguali grandezza. Quando una fissione si verifica con canali asimmetrici in generale ci si aspetta che avvenga in favore ad una struttura nucleare finale più stabile.
Il mercurio invece si è scisso in Rutenio-100 e Krypton-80, fenomeno che ha lasciato tutti perplessi poiché “una scissione simmetrica dovrebbe rappresentare il processo dominante, e abbiamo dimostrato che non è così”, ha spiegato Andrei Andreyev, ricercatore dell’ISOLDE dell’università del West Scotland di Paisley, i cui risultati sono pubblicati sulle Physical Review Letters.
L’esperimento del Cern è l’unico in grado di creare un fascio puro di elementi instabili pesanti, e permette così di studiare i processi di decadimento di tali nuclei. Andrei e colleghi osservarono che il Tallio-180, catturando un elettrone, trasforma uno dei suo 81 protoni in un neutrone, divenendo così il Mercurio-180, isotopo instabile che decade asimmetricamente.
Il fisico teorico Peter Möller, del Los Alamos National Laboratory del Nuovo Messico, ha cercato di spiegare il fenomeno usando un modello nucleare già ipotizzato da lui ed i suoi colleghi nel 2001, considerando che nel caso di fissione i nuovi nuclei tendono ad avere una struttura stabile, e quando il mercurio si scinde asimmetricamente i due nuclei, sebbene diversi, sono formazioni stabili, quindi il processo è giustificabile.
Se prima dei risultati di ISOLDE il modello di Möller, applicato ad atomi più pesanti, aveva fornito previsione di fissioni simmetriche per i nuclei, andando a studiare nello specifico isotopi più leggeri il teorico ha scoperto che il modello da lui ipotizzato nel caso dell’isotopo Mercurio-180, e di altri nuclei instabili, prevede una scissione asimmetrica come la più conveniente in termini energetici.
“Non possiamo spiegare esattamente perché sia asimmetrico, ma il delicato processo è frutto di un bilancio tra tensione superficiale, carica elettrostatica e forze nucleari”, ha poi aggiunto Möller. Insomma dopo 70 anni dalla scoperta del processo di fissione nucleare gli enigmi da risolvere sono ancora molti, ed i modelli di studio dei nuclei e dei processi hanno bisogno di essere definiti e approfonditi.
Negli ultimi tempi fa molto discutere la scelta di riaprire in Italia le centrali nucleari, che ricavano energia dai processi di fissione di elementi pesanti di cui si conoscono i modelli di scissione e i comportamenti, resta il fatto che sebbene la ricerca in campo nucleare abbia mostrato notevoli progressi, scoperte come quella del Mercurio-180 mischiano le carte in tavola, e ci dimostrano quanto ancora ci sia da studiare e da lavorare per comprendere l’universo dell’infinitamente piccolo ed i suoi meccanismi.