La ricerca teorica condotta dagli scienziati presso il Nishina Center for Accelerator-Based Science del RIKEN ha rivelato una caratteristica fondamentale dei nuclei atomici pesanti, suggerendo che una vasta gamma di questi nuclei non possiede la forma allungata, simile a un pallone da rugby, precedentemente ipotizzata, ma esibisce configurazioni triassiali che ricordano una noce o una mandorla. Questa intuizione rappresenta un significativo scostamento concettuale dal paradigma dominante che ha informato la fisica nucleare per oltre settant'anni, il quale postulava che i nuclei pesanti deformati fossero allungati lungo un unico asse di simmetria, un modello formalizzato da Aage Bohr e Ben R. Mottelson negli anni Cinquanta.
Didascalie: Le illustrazioni degli atomi spesso raffigurano il nucleo come una pallina rotonda composta da neutroni e protoni
Il concetto di una conformazione a mandorla, con sezioni trasversali ovali, fu inizialmente proposto da Takaharu Otsuka, scienziato in visita presso RIKEN, sebbene abbia incontrato resistenza iniziale nella comunità dei fisici nucleari. La validazione di questa teoria è stata ottenuta attraverso calcoli computazionali complessi eseguiti utilizzando il supercomputer Fugaku, un sistema di calcolo ad alte prestazioni (HPC) ospitato presso il RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) a Kobe, in Giappone. Le simulazioni hanno dimostrato che la quasi totalità dei nuclei ellissoidali deformati pesanti manifesta effettivamente queste geometrie triassiali, stabilendo un nuovo quadro interpretativo per la struttura nucleare.
Le implicazioni di questa scoperta per la fisica nucleare sono profonde, poiché alterano la comprensione del moto rotatorio del nucleo. Se la forma è triassiale, il nucleo può ruotare attorno a due assi distinti anziché uno solo, come previsto dal modello precedente. Questo cambiamento ha ripercussioni dirette sulla modellizzazione della dinamica collettiva e sulla strategia di ricerca per la scoperta di nuovi elementi superpesanti. Il lavoro teorico di Otsuka e dei suoi collaboratori si allinea con le previsioni derivanti dal quadro della simmetria proxy-SU(3).
La pubblicazione di questa ricerca sulla rivista accademica Physical Review C è destinata a fungere da catalizzatore per le future indagini sulle proprietà dei nuclei esotici e sulle forze fondamentali che governano l'architettura atomica. Il modello di Bohr e Mottelson, sebbene fondamentale per aver introdotto i concetti di vibrazioni e rotazioni superficiali quantizzate, viene ora affinato da queste nuove scoperte. Il supercomputer Fugaku, che ha detenuto il primato di velocità nella classifica TOP500 nel giugno 2020, ha giocato un ruolo cruciale, fornendo la potenza di calcolo necessaria per esplorare modelli nucleari complessi come quello delle forme triassiali.
I progressi nell'infrastruttura computazionale, come dimostra l'iniziativa per lo sviluppo del successore di Fugaku, denominato "FugakuNEXT", sono direttamente collegati alla possibilità di esplorare modelli nucleari sempre più complessi. La comprensione della struttura nucleare, dalle sue fondamenta classiche alle sue manifestazioni più esotiche, continua a dipendere da questa sinergia tra fisica teorica e capacità di calcolo avanzate.