Il fissaidee

I diversi isotopi di un dato elemento non sono ugualmente abbondanti in natura; ad esempio, se prendiamo a caso 10.000 atomi di ossigeno, tra i loro nuclei ne troveremo 9976 di tipo \( ^{16}O \), 20 di tipo \( ^{18}O \) e solo 4 di tipo \( ^{17}O \). Si dice che gli isotopi hanno differente abbondanza. Osserviamo che nei precedenti simboli per gli isotopi dell’ossigeno abbiamo omesso l’indicazione del numero atomico (il pedice in basso a sinistra del simbolo). Infatti, poiché tale numero è univocamente individuato dal simbolo chimico, in genere si omette al fine di rendere più semplice la notazione. Ciascun isotopo di un dato elemento può essere stabile oppure instabile. In questo secondo caso il nucleo “vive” solo per un certo intervallo di tempo, dopodiché decade, cioè si trasforma spontaneamente nel nucleo di un diverso elemento. Questa trasformazione, che è uno dei meccanismi che dà luogo al fenomeno della radioattività naturale, può avvenire per varie ragioni. Ad esempio, l’isotopo del carbonio \( ^{14}C \) si trasforma spontaneamente in azoto \( ^{14}N \) a causa del fatto che uno degli 8 neutroni del \( ^{14}C \) si trasforma in un protone e in un elettrone (più, in realtà, un’elusiva particella leggerissima detta antineutrino, della quale però qui non parleremo oltre). In tal modo il nucleo iniziale di carbonio (6 protoni) si ritrova con 7 protoni, diventando quindi azoto. 

Il meccanismo di trasformazione che abbiamo descritto è detto decadimento beta. Tale denominazione deriva dalla storia della scoperta della radioattività. Infatti, allorché un neutrone si trasforma, il protone risultante rimane a far parte del (nuovo) nucleo, mentre l’elettrone abbandona il nucleo stesso sotto forma di radiazione caratterizzata da carica elettrica negativa. Quando tale radiazione fu scoperta (oltre un decennio prima del neutrone), in assenza di informazioni circa la sua reale natura, fu denominata radiazione beta. Successivamente si comprese che essa è costituita da elettroni derivanti dal decadimento dei neutroni, così come le radiazioni alfa di Rutherford consistono di nuclei \( ^4He \) . Tuttavia la precedente denominazione rimase in uso. Lo studio del decadimento beta riveste un’enorme importanza anche dal punto di vista storico, dal momento che lo sviluppo di una teoria che lo spiegasse portò all’individuazione dell’ultima (per ora) interazione fondamentale presente in natura, l’interazione (nucleare) debole, ad opera principalmente di Enrico Fermi.