L’universo funziona secondo un principio fondamentale di simmetria: le leggi della fisica dovrebbero applicarsi allo stesso modo nel tempo e nello spazio. Sebbene ciò sia vero per la maggior parte dei fenomeni, come la gravità o l’elettromagnetismo, alcuni aspetti della natura mostrano piccoli squilibri che gli scienziati faticano a spiegare. Uno di questi misteri risiede nei nuclei radioattivi. Questi nuclei atomici, con la loro distribuzione non uniforme di protoni e neutroni, amplificano anche le più deboli rotture di simmetria.
Gli scienziati ritengono che la scoperta di queste asimmetrie potrebbe portare a scoperte che vanno oltre la nostra attuale comprensione della fisica, come descritto dal Modello Standard. Un team di ricercatori del CERN e del MIT ha fatto un passo da gigante verso questo obiettivo. Per la prima volta in assoluto, hanno osservato come il magnetismo è distribuito all’interno del nucleo di una molecola, un’impresa precedentemente impossibile a causa di limitazioni tecniche.
Un avocado molecolare unico
La chiave di questa svolta risiede in una specifica molecola radioattiva: il monofluoruro di radio (RaF). Questo insolito composto è costituito da un atomo di radio legato a un atomo di fluoro. Il nucleo del radio, noto per la sua “deformazione dell’ottupolo”, possiede una distinta forma a pera o ad avocado, una caratteristica rara riscontrata solo in una manciata di nuclei atomici nell’intera tabella nucleare. Questa asimmetria rende RaF un candidato ideale per rilevare sottili violazioni della simmetria.
Tuttavia, lo studio della RaF presenta sfide significative. Il radio è notoriamente radioattivo e decade rapidamente entro circa 15 giorni. Questa instabilità significa che gli scienziati possono produrre solo piccole quantità della molecola e studiarla per momenti fugaci. Ogni molecola RaF esiste per poche frazioni di secondo prima di svanire.
Smascherare il magnetismo nucleare
Per superare questi ostacoli, i ricercatori hanno utilizzato la struttura ISOLDE del CERN per generare radio-225 e combinarlo con il gas fluoro. Questo processo ha prodotto un flusso continuo di molecole RaF appena rilevabili: solo circa cinquanta al secondo soddisfano le condizioni necessarie per la misurazione.
Utilizzando raggi laser altamente precisi sintonizzati su frequenze specifiche, hanno bombardato queste molecole fugaci. L’assorbimento o l’emissione di luce da parte della molecola ha prodotto uno spettro, un’impronta digitale unica che rivela informazioni sulla distribuzione degli elettroni che circondano il nucleo. In questo caso, tuttavia, cambiamenti inaspettati all’interno dei modelli spettrali puntavano verso qualcosa di più profondo: l’influenza del magnetismo interno del nucleo del radio sugli elettroni orbitanti.
Questo fenomeno, noto come effetto Bohr-Weisskopf, era stato precedentemente osservato nei singoli atomi, dove un singolo elettrone interagisce con un singolo nucleo. Rilevarlo all’interno di una molecola è stato senza precedenti a causa del costante movimento di elettroni tra i due nuclei di una molecola, che può oscurare i segnali magnetici. Ma in RaF, l’atomo di fluoro più semplice ha permesso ai ricercatori di concentrarsi sulla struttura magnetica del nucleo più pesante del radio.
Una finestra sulla nuova fisica?
Questa osservazione innovativa, una misurazione diretta del magnetismo all’interno del nucleo di una molecola, apre nuove entusiasmanti strade per la ricerca. Il team ora prevede di intrappolare e rallentare queste molecole con i laser, consentendo misurazioni ancora più precise che potrebbero rivelare ulteriori piccole violazioni della simmetria. Tali scoperte potrebbero puntare verso particelle o forze sconosciute oltre il Modello Standard, rivoluzionando la nostra comprensione dell’universo.
Come conclude Wilkins, “Ora sappiamo che possono essere strumenti potenti per cercare nuova fisica”.
