Una scoperta destinata a riscrivere i libri di fisica nucleare sta emergendo dai laboratori del RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science in Giappone. Per quasi settant'anni, dalla formulazione del modello di Aage Bohr negli anni '50, la comunità scientifica ha dato per assodato che i nuclei atomici pesanti deformati assumessero una forma ellissoidale biassiale, simile a quella di una palla da rugby. Ora, uno studio teorico pubblicato su The European Physical Journal A dimostra che questa rappresentazione era sostanzialmente errata: virtualmente tutti questi nuclei possiedono invece una simmetria triassiale, con una forma che ricorda più da vicino quella di una mandorla.
La rivoluzione concettuale è opera di Takaharu Otsuka, scienziato visitatore presso il centro RIKEN, che per decenni ha nutrito dubbi sulla descrizione convenzionale della struttura nucleare. La questione non è puramente geometrica: la forma del nucleo determina proprietà fondamentali come le modalità di rotazione e la stabilità degli elementi superpesanti. "Quando il modello di Aage Bohr venne proposto, produceva alcuni calcoli semplici, ma mi apparivano eccessivamente semplicistici," ricorda Otsuka. "E non esisteva alcun argomento generale convincente sul perché il nucleo dovesse deformarsi in modo così simmetrico."
Il contesto storico rende questa scoperta ancora più significativa. Nel 1975, Aage Bohr condivise il Premio Nobel per la fisica proprio per aver sviluppato, insieme a Ben Mottelson, la teoria che prevedeva nuclei allungati in una direzione con sezione trasversale circolare. Seguiva così le orme del padre Niels Bohr, Premio Nobel 1922 per il suo modello della struttura atomica. La nuova ricerca non smentisce l'esistenza di deformazioni nucleari, ma ne rivela una complessità geometrica finora sottovalutata: la forma triassiale con sezione ovale rappresenta una configurazione di simmetria inferiore, ma paradossalmente più naturale per i sistemi nucleari.
La dimostrazione teorica è stata possibile grazie all'impiego di Fugaku, uno dei supercomputer più potenti al mondo, che ha permesso al team di Otsuka di effettuare calcoli di complessità senza precedenti. La potenza computazionale è stata indispensabile per modellare accuratamente le interazioni tra i nucleoni e verificare che la configurazione triassiale sia energeticamente favorita rispetto a quella biassiale tradizionalmente ipotizzata. Il percorso verso questa conclusione non è stato lineare: quando Otsuka iniziò a proporre l'idea di nuclei a forma di mandorla durante conferenze scientifiche, incontrò notevole scetticismo e persino opposizione da parte di altri fisici nucleari, testimoniando quanto fosse radicato il paradigma precedente.
Le implicazioni pratiche della scoperta si estendono a diversi ambiti della fisica nucleare. La simmetria triassiale modifica profondamente le modalità di rotazione nucleare: mentre un nucleo a forma di palla da rugby può ruotare attorno a un solo asse privilegiato, la geometria a mandorla permette rotazioni complesse attorno a due assi distinti. Questa caratteristica influenza direttamente gli spettri energetici osservati sperimentalmente e potrebbe spiegare anomalie finora poco comprese nelle transizioni nucleari. Inoltre, la nuova descrizione geometrica ha conseguenze rilevanti per la ricerca di elementi superpesanti, quelli con numero atomico superiore agli elementi attualmente noti: comprendere correttamente la forma di questi nuclei è cruciale per prevederne la stabilità e guidare gli esperimenti di sintesi.
Lo studio pubblicato su The European Physical Journal A si inserisce nel più ampio contesto della teoria quantistica della rotazione di oggetti compositi. I nuclei atomici, costituiti da decine o centinaia di protoni e neutroni legati dalla forza nucleare forte, rappresentano sistemi quantistici complessi il cui comportamento collettivo sfugge ancora in parte alla comprensione teorica. La forma triassiale emerge naturalmente quando si considerano le interazioni tra nucleoni senza imporre vincoli di simmetria artificiali, suggerendo che il modello precedente fosse una semplificazione eccessiva dettata più da ragioni di trattabilità matematica che da evidenze fisiche fondamentali.
Le prospettive future della ricerca includono la verifica sperimentale sistematica delle previsioni del nuovo modello attraverso misure spettroscopiche ad alta risoluzione presso acceleratori di particelle. Sarà particolarmente importante analizzare i pattern di rotazione nucleare e confrontarli con le predizioni per geometrie triassiali. Parallelamente, i fisici teorici dovranno ricalcolare proprietà nucleari fondamentali incorporando la corretta simmetria geometrica, un lavoro che richiederà anni ma promette di affinare significativamente la nostra comprensione della materia nucleare e di come si comporta in condizioni estreme, dalle stelle di neutroni agli esperimenti di fusione nucleare controllata.