Un puntino apparentemente insignificante

Quasi tutti i fenomeni macroscopici concernenti il comportamento meccanico, chimico, elettrico, magnetico e ottico della materia sono riconducibili alla struttura elettronica degli atomi e quindi all’interazione elettromagnetica, alla quale si affianca la gravità che però è troppo debole per avere effetti apprezzabili su scala atomica.

Il nucleo è un minuscolo puntino che si trova al centro dell'atomo, del quale possiede quasi tutta la massa. L’unica proprietà del nucleo realmente pertinente ai fini della configurazione elettronica dell’atomo è la sua carica elettrica positiva. Un puntino apparentemente insignificante, che cela in realtà un intero mondo. Per esempio, la sua struttura e le interazioni che in esso avvengono sono all'origine dei tre tipi di radioattività che possiamo osservare e misurare. Assieme alla meccanica quantistica, la relatività gioca un ruolo di primo piano nella fisica nucleare e subnucleare, un ruolo decisamente più marcato che nella fisica atomica, proprio perché la trasformazione massa-energia nel primo caso è quantitativamente significativa e spesso predominante. Curiosamente, Einstein non si occupò molto dello studio del nucleo dove la sua formula più celebre trova le applicazioni più vistose.

La fisica nucleare ha condotto alla nascita e allo sviluppo di un ramo autonomo, la fisica delle particelle, pervenendo infine a un quadro sistematico che descrive i componenti più fondamentali della materia e dell’interazione, il cosiddetto Modello Standard. Protoni elettricamente positivi e neutroni elettricamente neutri popolano il mondo del nucleo in una maniera tale da determinarne la stabilità o l’instabilità, poiché in questo mondo agiscono interazioni nuove e specifiche, non presenti su scala macroscopica. L’interazione nucleare forte che li tiene insieme e l’interazione nucleare debole agiscono solo a distanze ridottissime. I protoni e i neutroni sono composti a loro volta da particelle più fondamentali, i quark.

La struttura interna e le interazioni in gioco nel nucleo sono all’origine dei tre tipi di radioattività. Quando l’energia con cui una particella collide con un nucleo pesante è sufficiente, quest’ultimo viene scosso in due nuclei più leggeri: si genera così la reazione nucleare chiamata fissione. Viceversa, la reazione nucleare data dalla collisione con sufficiente energia di due nuclei leggeri costituisce il processo di fusione nucleare, cui si deve l'enorme ammontare di energia prodotta nel Sole. Lo studio della fusione ci svela come nascono, evolvono e muoiono le stelle. Il saggio ci fa riflettere su altri aspetti. L'esistenza stessa del carbonio, l'elemento alla base delle molecole organiche, poggia sulla struttura del nucleo. Mentre nei processi chimici gli elementi si ridistribuiscono, nei processi nucleari gli elementi vengono invece trasformati gli uni negli altri. Nelle reazioni chimiche, poi, gli elementi non si trasformano ma si ridistribuiscono semplicemente; inoltre la massa totale prima della reazione è uguale alla massa totale dopo la reazione (legge di Lavoisier), per cui la massa e l’energia si conservano separatamente. Nei processi nucleari, al contrario, gli elementi vengono trasformati e si verificano la creazione e l’annichilazione di particelle, grazie alla trasformazione di massa in energia e viceversa. Riecheggia così sul piano scientifico una delle idee centrali dell’alchimia: la trasmutazione della materia.

Chinnici esplora questi e altri temi, che si intrecciano con le storie delle grandi personalità della ricerca nella fisica, e colma un vuoto nel panorama della saggistica divulgativa.

Titolo: Il segreto del nucleo
Categoria: Saggi
Autore: Giorgio Chinnici
Editore: Codice edizioni
Pagine: 165
Prezzo: 18,00