Il fissaidee

All’inizio degli anni Quaranta del Novecento le idee sulla struttura del nucleo, oltre che dell’atomo, erano essenzialmente complete (in relazione a quelle odierne), anche se basate su ipotesi che solo nei decenni successivi hanno trovato “spiegazione” alla luce di teorie più ampie e approfondite. In particolare, i costituenti del nucleo (protoni e neutroni) erano considerati particelle puntiformi e indivisibili, in grado di interagire mediante la forza nucleare forte, di intensità talmente elevata a piccola distanza da contrastare ampiamente l’effetto repulsivo tra i protoni dovuto alla loro carica elettrica. Tale modello del nucleo è compatibile con quello contemporaneo, salvo il fatto (non trascurabile, per la verità) che protoni e neutroni non sono più ritenuti costituenti ultimi, ma sono a loro volta formati da mattoncini ancora più piccoli denominati quark. In ogni caso, in questa nostra panoramica della fisica nucleare ci fermiamo al livello di descrizione immediatamente sub-nucleare, non occupandoci dell’ultrastruttura dei costituenti del nucleo.

Tutti i nuclei atomici sono costituiti da un certo numero di protoni e neutroni (collettivamente denominati nucleoni), salvo quello dell’elemento più leggero, l’idrogeno, che è costituito da un solo protone. Ciascun nucleo è identificato in maniera univoca da due numeri: quello dei protoni, detto numero atomico e indicato con la lettera Z, e quello complessivo dei nucleoni, detto numero di massa e indicato con A. Naturalmente il numero di neutroni è dato da N=A-Z. Il nucleo dell’atomo di un dato elemento chimico di simbolo X è indicato con \( ^A _Z X \). Così, ad esempio \( ^{31} _{15} P \) indica il nucleo dell’atomo di fosforo costituito da 15 protoni e 16 neutroni. Ricordiamo che l’identità chimica di un elemento è determinata dal numero di protoni nel nucleo (dato che questo a sua volta determina il numero di elettroni dell’atomo nello stato neutro). In natura però accade che di un dato elemento siano presenti differenti “versioni” (dette isotopi dell’elemento) aventi tutte lo stesso valore di Z, ma differenti valori di A. Ad esempio, dell’ossigeno esistono tre isotopi stabili, aventi tutti lo stesso numero di protoni (8), ma differente numero di neutroni (rispettivamente 8, 9 e 10): \( ^{16}_{8} O, \, ^{17}_8 O, \, ^{18}_8 O \).