Un nuovo approccio "da tavolo" del MIT sfrutta gli elettroni molecolari per svelare i segreti del nucleo atomico

I fisici del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno annunciato lo sviluppo di una metodologia rivoluzionaria, capace di sondare la struttura interna del nucleo atomico senza ricorrere all'impiego di acceleratori di particelle su larga scala. Questo approccio, che rappresenta una svolta significativa, è stato soprannominato “da tavolo” (tabletop) per la fisica fondamentale, data la sua accessibilità e le dimensioni ridotte. Invece di infrastrutture ciclopiche, gli scienziati hanno utilizzato gli elettroni presenti all'interno della molecola di monofluoruro di radio (RaF) come una vera e propria sonda interna, un metodo ingegnoso e decisamente più compatto. Questo notevole risultato è stato reso pubblico sulla prestigiosa rivista Science, nell'edizione del 23 ottobre 2025.

Il cuore di questa tecnica risiede nella creazione di una molecola specifica, dove un atomo di radio è saldamente legato a un atomo di fluoro. In questo ambiente molecolare confinato, gli elettroni che orbitano attorno al nucleo di radio sono soggetti a un campo elettrico interno di intensità colossale. È cruciale notare che la forza di questo campo supera di gran lunga le condizioni estreme che si possono generare nelle normali configurazioni di laboratorio. Tale amplificazione naturale aumenta esponenzialmente la probabilità che gli elettroni riescano a penetrare, seppur brevemente, all'interno del nucleo di radio, interagendo direttamente con i suoi protoni e neutroni costituenti.

Quando questi elettroni riemergono dal nucleo, portano con sé una variazione energetica estremamente sottile – una sorta di “messaggio nucleare” cifrato. Misurando con precisione questo minuscolo spostamento, i ricercatori sono stati in grado di ricavare informazioni cruciali sulla composizione e l'organizzazione interna del nucleo stesso. Per la prima volta in assoluto, questa tecnica ha permesso di misurare la “distribuzione magnetica nucleare”, un parametro fondamentale che descrive come protoni e neutroni sono disposti reciprocamente all'interno del nucleo.

Shane Wilkins, l'autore principale dello studio, ha descritto l'atto di inserire il radio radioattivo all'interno di una molecola come una mossa scientifica di grande eleganza, trasformando di fatto la molecola in un microscopico collisore. La ricerca è stata condotta in stretta collaborazione con l'esperimento CRIS (Collinear Resonance Ionization Spectroscopy Experiment) presso il CERN, in Svizzera, dove sono state eseguite le misurazioni definitive. Hanno contribuito in modo significativo al lavoro anche Ronald Garcia Ruiz e Silviu-Marian Udrescu.

Questa scoperta non è solo un trionfo della fisica sperimentale compatta, ma porta con sé profonde implicazioni per la cosmologia e la comprensione dell'universo primordiale. Il nucleo di radio, infatti, presenta una peculiare asimmetria a forma di pera, una rarità rispetto alla stragrande maggioranza dei nuclei che sono invece sferici. Si ipotizza che questa specifica deformazione amplifichi le infrazioni minime delle simmetrie fondamentali, le quali potrebbero fornire la chiave per spiegare perché, dopo il Big Bang, la materia ha prevalso sull'antimateria, portando all'esistenza di galassie e vita. La mappatura riuscita della distribuzione magnetica offre dati empirici vitali per i modelli teorici che cercano di risolvere questo fondamentale squilibrio cosmico. Il vantaggio del metodo molecolare è evidente: è notevolmente più contenuto e versatile rispetto agli approcci convenzionali che richiedono complessi acceleratori lunghi chilometri, aprendo nuove prospettive per lo studio di altre molecole radioattive instabili, comprese quelle che potrebbero formarsi in fenomeni astrofisici estremi, come le esplosioni di supernove.