La creazione dell’oro nello spazio: risolto un mistero nucleare lungo vent’anni
Per capire come nasce l’oro bisogna guardare lontano, molto lontano. Bisogna guardare dove le stelle collassano, esplodono e si scontrano tra loro, generando condizioni così estreme da far sembrare qualsiasi laboratorio terrestre un giocattolo. Eppure, nonostante decenni di ricerca, i passaggi nucleari che portano alla formazione dell’oro e di altri elementi pesanti restavano in gran parte avvolti nel mistero. Fino ad oggi, quando un gruppo di fisici nucleari dell’Università del Tennessee ha pubblicato uno studio che cambia le carte in tavola, con ben tre scoperte concentrate in un’unica ricerca.
Il punto centrale riguarda il cosiddetto processo di cattura rapida dei neutroni, noto anche come r-process. È la reazione a catena che, durante eventi cosmici violentissimi, porta alla formazione di elementi come oro, platino e altri metalli preziosi. Funziona così: un nucleo atomico assorbe neutroni a velocità impressionante, diventa sempre più pesante e instabile, e alla fine si spezza in forme più leggere e stabili. Il problema è che i nuclei coinvolti in queste reazioni sono talmente rari e instabili che studiarli direttamente in laboratorio è quasi impossibile.
Tre scoperte in un colpo solo grazie all’ISOLDE del CERN
Il team, guidato dal professor Robert Grzywacz e composto da ricercatori e dottorandi tra cui Peter Dyszel e Jacob Gouge, ha lavorato presso la struttura ISOLDE del CERN, utilizzando grandi quantità dell’isotopo indio 134. Roba che non si trova dietro l’angolo: servono tecnologie avanzatissime anche solo per produrne a sufficienza. Con tecniche di separazione laser e un rilevatore di neutroni costruito appositamente all’Università del Tennessee, il gruppo ha ottenuto risultati che nessuno era mai riuscito a raggiungere prima.
La scoperta più importante? La prima misurazione delle energie dei neutroni associata all’emissione ritardata di due neutroni dopo il decadimento beta. Sembra una frase da manuale, ma il concetto è questo: quando un nucleo instabile si trasforma, può “sputare fuori” uno o due neutroni. Capire quanta energia serve e come avviene è fondamentale per ricostruire il percorso che porta alla creazione dell’oro e degli altri elementi pesanti. “L’emissione di due neutroni è la vera svolta”, ha dichiarato Grzywacz. In passato nessuno era riuscito a misurare le energie coinvolte, e questo apre letteralmente un campo di ricerca nuovo.
La seconda scoperta riguarda uno stato neutronico dello stagno 133 che i fisici cercavano da vent’anni. Il nucleo di stagno, dopo il decadimento, si trova in uno stato eccitato e deve raffreddarsi rilasciando neutroni. Ma non lo fa sempre come previsto dai modelli teorici. Il nucleo conserva una sorta di “memoria” della sua origine, una traccia del nucleo di indio da cui proviene. “Lo stagno non dimentica”, ha spiegato Grzywacz con un’immagine efficace.
Modelli da rivedere e nuove strade per la fisica nucleare
La terza scoperta mette in discussione i modelli teorici esistenti. I ricercatori hanno osservato che il modo in cui questo nuovo stato viene popolato durante il decadimento non segue i pattern statistici attesi. In parole più semplici: la natura si comporta in modo diverso da come i fisici pensavano, almeno in questa regione estrema della carta dei nuclidi. E questo è un segnale importante, perché suggerisce che man mano che ci si spinge verso nuclei sempre più esotici, come il tennessino, serviranno approcci teorici completamente nuovi.
Questi risultati non sono solo esercizi accademici. Ogni passo avanti nella comprensione del processo di cattura rapida dei neutroni migliora la capacità di ricostruire come le esplosioni stellari forgiano gli elementi pesanti, compreso quell’oro che poi, miliardi di anni dopo, finisce nelle vetrine delle gioiellerie. Tutto parte da lì, da nuclei instabili che esistono per frazioni di secondo in mezzo al caos cosmico. E adesso, per la prima volta, qualcuno è riuscito a osservarli con una precisione senza precedenti.
