Gli indizi magnetici all'interno dei nuclei atomici aiutano a spiegare come si formano gli elementi nelle stelle

Gli scienziati hanno scoperto nuove informazioni su come gli elementi si formano nelle stelle attraverso la scoperta di transizioni magnetiche all'interno dei nuclei atomici. Un team guidato dal Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) ha identificato la fonte di un insolito surplus di raggi gamma a bassa energia emessi dal nucleo dello zinco-70.

La ricerca ha coinvolto un'ampia collaborazione internazionale, riunendo esperti di 25 istituzioni negli Stati Uniti, Canada, Italia, Germania, Norvegia e Corea del Sud. Gli scienziati dei principali laboratori nazionali, tra cui Lawrence Livermore National Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory e Pacific Northwest National Laboratory, hanno contribuito allo studio. Il lavoro sottolinea la crescente sinergia tra ricerca fondamentale e applicazioni pratiche, in particolare in settori relativi alla sicurezza nazionale e alla produzione di energia. I raggi gamma sono fotoni ad alta energia rilasciati quando i nuclei atomici si spostano da stati di energia più elevati a più bassi.

Queste emissioni sono studiate utilizzando il concetto di funzione di forza dei raggi gamma, che descrive la probabilità di emissione di raggi gamma ad energie specifiche. Per anni, i fisici hanno notato un'anomalia nota come miglioramento a bassa energia (LEE), un aumento inaspettato dei raggi gamma a bassa energia emessi da alcuni nuclei. Nonostante una vasta ricerca, il meccanismo esatto dietro questo fenomeno è rimasto poco chiaro. L'ultimo studio dimostra che il LEE è principalmente guidato da transizioni magnetiche piuttosto che elettriche. Le transizioni magnetiche comportano cambiamenti nell'orientamento di protoni e neutroni all'interno del nucleo, rilasciando raggi gamma come risultato.

Questa scoperta sfida le ipotesi precedenti e suggerisce che le interazioni magnetiche svolgono un ruolo più significativo nel comportamento nucleare di quanto si pensasse in precedenza. I risultati forniscono un legame più chiaro tra i dati sperimentali e i modelli teorici, offrendo un solido quadro per studi futuri. Le implicazioni di questa scoperta si estendono oltre la fisica nucleare in astrofisica. LEE influenzano i processi di cattura dei neutroni, che sono essenziali per la creazione di elementi più pesanti in ambienti cosmici estremi come le supernove e le collisioni di stelle di neutroni. Aumentando la frequenza di queste reazioni, LEE possono alterare in modo significativo le velocità con cui si formano gli elementi.

La modellazione accurata di questi processi è fondamentale per comprendere i cicli di vita delle stelle e la distribuzione degli elementi chimici in tutto l'universo. Tuttavia, misurare LEE presenta notevoli sfide tecniche. I segnali sono deboli e facilmente oscurati da interferenze di fondo, richiedendo strumentazione avanzata e tecniche analitiche raffinate. Negli ultimi dieci anni, i ricercatori hanno lavorato instancabilmente per affinare la loro capacità di rilevare e interpretare questi fenomeni sottili.

L'autrice principale dello studio, Eleanor Ronning, ha sottolineato l'importanza della scoperta. Come ex studente laureato del FRIB e attuale ricercatore post-dottorato presso l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Padova, in Italia, ha osservato che il LEE aveva inizialmente sorpreso la comunità scientifica. "È stato una sorta di shock per la comunità quando è stato osservato per la prima volta", ha spiegato.

"Ora abbiamo una spiegazione coerente che collega le osservazioni sperimentali con la teoria", ha affermato. "Questo allineamento rafforza le basi per ulteriori esplorazioni della complessa interazione tra struttura nucleare e processi astrofisici.