Fisica: Un nuovo modello che potrebbe riscrivere i libri

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Tenetevi forte, un gruppo di fisici sostiene che i protoni all’interno del nucleo atomico possano modificare la propria struttura sotto determinate condizioni. Come dite? Non sapevate nemmeno che il nucleo atomico era fatto di protoni? Ok, partiamo dall’inizio…

L’atomo, dal greco atomos, significa indivisibile, almeno era tale per i greci che avevano teorizzato l’esistenza di una struttura microscopica che costituisse tutto ciò che ci circonda.

I greci avevano un’idea molto vaga del concetto di struttura atomica e rimase tale fino alla fine dell’Ottocento con la scoperta dell’elettrone e del fatto che l’atomo era tutt’altro che indivisibile.

L’atomo è in realtà composto da uno “strato” esterno di elettroni e da un nucleo composto da protoni e neutroni. Nell’immaginario collettivo l’atomo somiglia ad una sfera con intorno degli elettroni che ruotano con orbite ellittiche, ma questo modello non è più accettato da tempo nella comunità scientifica.

Nella realtà gli elettroni non si trovano su orbite, ma su superfici di potenziale chiamate orbitali, i quali non hanno la forma di ellissi. Dopo aver smontato la fantasia di buona parte dei lettori, è bene sapere che la descrizione degli orbitali atomici è basata su una trattazione matematica molto complessa che vi risparmio volentieri.

Pausa: considerato che secondo i dati Observa solo il 52% degli italiani sa che l’elettrone è più piccolo di un atomo, se siete arrivati fin qua siete degli eroi. Se vi siete persi, beh è normale, ora la smetto di spiegare male le basi della fisica quantistica e torno al punto.

 

La stragrande maggioranza delle reazioni che avvengono tra atomi per formare le molecole complesse che ci circondano sono dovute esclusivamente ad interazioni tra gli elettroni e per la precisione tra gli elettroni più esterni.

Immaginando un atomo come un nucleo circondato da vari strati di elettroni, solo lo strato più esterno interagisce con gli altri atomi. Per la maggior parte delle reazioni chimiche lo strato interno non è toccato ed in nucleo rimane immutato nel tempo.

 

 

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Il decadimento radioattivo è il principale processo chimico-fisico nel quale un nucleo atomico instabile si trasforma nel tempo.

Torniamo quindi nel nucleo e focalizziamo l’attenzione sui protoni. Questa particella subatomica è uno dei principali mattoni che costituiscono la materia dell’Universo, ma a sua volta è composto da quark tenuti insieme dai gluoni. Dalla nostra attuale conoscenza, i protoni all’interno di un atomo sono esattamente identici a quelli isolati, ma forse la realtà è diversa.

La cromodinamica quantistica prevede infatti che i nucleoni, ovvero protoni e neutroni, cambino le loro proprietà se si trovano all’interno del nucleo atomico.

Pausa: la cromodinamica quantistica non è una teoria new age pseudoscientifica che unisce la cromoterapia alla fisica quantistica. Si tratta di una teoria che descrive l’interazione forte. In fisica esistono 4 interazioni fondamentali: l’interazione gravitazionale, l’interazione elettromagnetica, l’interazione nucleare forte e l’interazione nucleare debole. La teoria che descrive tre delle quattro interazioni fondamentali è chiamato Modello Standard e la cromodinamica quantistica ne fa parte descrivendo una di queste interazioni… io lo ripeto: siete degli eroi

 

Giunti a questo punto la domanda sorge spontanea: ma a noi cosa ce ne frega se i protoni nel nucleo sono diversi dai protoni liberi?

La risposta è assolutamente nulla. Che questa teoria sia verificata o meno, nella vita di tutti i giorni, nulla cambierà.

 

 

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Le implicazioni di questa scoperta potrebbero rispondere a molti punti oscuri della fisica teorica.

Posso però barare per farvi continuare la lettura dicendovi una frase appagante alla Stephen Hawking: “I nuclei atomici sono i mattoni su cui poggia la materia dell’Universo, la comprensione delle loro proprietà ci avvicinerà di un altro passo al padroneggiare i misteri del Tutto” .

Se però fossimo tutti fisici, e grazie al cielo non lo siamo, le implicazioni derivanti dalla verifica di questa teoria sarebbero enormi. Da diversi anni alcuni esperimenti sui nucleoni hanno portato a risultati difficilmente spiegabili. La situazione è ben descritta da un articolo del 2007 che conclude testualmente:

Il tracciato dei dati è chiaro, mentre l’interpretazione dell’effetto, ad oggi, è ambiguo.

Insomma il risultato c’è, ma il fisici non hanno ancora trovato un accordo sull’interpretazione, almeno fino ad oggi.

Un gruppo di fisici del Thomas Jefferson National Accelerator, in Virginia, pare vogliano mettere la parola fine alla diatriba, o almeno ci proveranno. Useranno dei fasci di elettroni che spareranno contro il nucleo cercando di valutare le variazioni, sempre che ci siano.

L’esperimento non è ancora partito, ma c’è già abbondante materiale per i teorici che hanno pubblicato un recente articolo su ArXive prevedendo quali saranno i risultati dei test empirici.

La speranza è che i dati sperimentali siano stati previsti e che quindi il nuovo modello teorico sia quello corretto, altrimenti ci sarà ulteriore materiale per continuare ad indagare e investigare.

Il bello dei fisici teorici è che sostanzialmente vincono sempre.

Se il risultato dei test è uguale a quanto previsto anni prima il teorico festeggia per aver previsto l’imprevedibile ed aver capito come funziona un aspetto dell’Universo usando solo le sue capacità deduttive. Se il test sperimentale non c’entra nulla con quanto previsto, cavolo è una novità imprevedibile! Si festeggia perché la realtà supera le previsioni fatte e quindi è ancora più affascinante e intrigante di quanto sperato… quanto vorrei essere un fisico teorico.

Postilla per i fisici all’ascolto: sì, lo so, sono stato impreciso. Non ho parlato dei sapori e dei colori dei quark, ho parlato dell’effetto EMC senza citarlo apertamente, non ho messo nessuna equazione, non ho citato la parola “hamiltoniano” ed ho approssimato il concetto di orbitale atomico in maniera imperdonabile. Purtroppo sono un chimico e, si sa, i chimici amano semplificare i concetti fisici e soprattutto odiano la matematica. Se trovate errori imperdonabili vi prego di segnalarli nei commenti evitando frasi tipo “O_O persino i bambini dell’asilo sanno che la funzione d’onda, per indicare una densità di probabilità, deve essere elevata al quadrato”.

Postilla per i chimici teorici in ascolto: Ok, non è proprio vero che ai chimici non piace la matematica.

Postilla per tutti: è stato Itomi a dirmi di scrivere questo pezzo, io non volevo, giuro!

 

 

 

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