Quando i ricercatori hanno scoperto un legame insolito tra brillamenti solari e la variazione della costante di decadimento degli elementi radioattivi sulla Terra é partita una ricerca scientifica che potrebbe finire per riscrivere alcune delle leggi della fisica.
Di DAN STÖBER
E’ un mistero che si è presentato inaspettatamente: Il decadimento radioattivo di alcuni elementi nei laboratori sulla Terra sembrava essere influenzato dall’attività solare, a 150 milioni di chilometri.
Com’é possibile?
I ricercatori dell’ Università di Stanford e di Purdue credono che sia davvero possibile. Ma la loro spiegazione di come ciò possa avvenire é un altro mistero.
C’ è la possibilità che questo effetto inaspettato sia causato da una particella sconosciuta emessa dal sole. “Sarebbe davvero notevole”, ha detto il professore Peter Sturrock della Stanford, esperto di fisica solare.
La storia inizia, in un certo senso, nelle aule di tutto il mondo, dove si insegna agli studenti che il tasso di decadimento di uno specifico materiale radioattivo è costante. Questa proprietà degli isotopi radioattivi, è utilizzata per esempio, dagli antropologi per datare manufatti antichi con il carbonio-14, oppure quando i medici devono calibrare la giusta dose di radioattività per curare i malati di cancro.
Numeri casuali
Ma il fatto che, “il tasso di dimezzamento sia costante”, è stato contestato in modo inaspettato da un gruppo di ricercatori della Purdue University, che al tempo erano più interessati a trovare un buon generatore numeri casuali che a studiare il decadimento nucleare degli isotopi radioattivi.(Gli scienziati usano lunghe sequenze di numeri casuali per una serie di calcoli, ma sono difficili da produrre, in quanto il processo utilizzato per produrre i numeri ha una influenza sul risultato).
Ephraim Fischbach, professore di fisica presso la Purdue, stava utilizzando il tasso di decadimento radioattivo di diversi isotopi, come possibile fonte di numeri casuali generati in modo da non richiedere alcun intervento umano. (Per fare un esempio, un certo quantitativo di cesio radioattivo-137, decade con un tasso costante nel complesso, ma i singoli atomi all’interno della massa decadranno in modo imprevedibile, con un pattern casuale. In questo modo la differenze di tempo tra i “tick” casuali di un contatore Geiger posto vicino al cesio potrebbe essere utilizzate per generare numeri casuali.)
In definitiva i ricercatori hanno trovato che i tassi di decadimento misurati, non sono in linea con dati pubblicati relativi agli isotopi specifici e questo é molto strano per presunte costanti fisiche.
Controllando i dati raccolti al Brookhaven National Laboratory di Long Island e al Federal Physical and Technical Institute in Germania, é venuto fuori qualcosa di ancora più sorprendente: l’ osservazione a lungo termine del tasso di decadimento di silicio-32 e radio-226 sembra mostrare una piccola variazione stagionale .
Il tasso di decadimento è stato leggermente più veloce in inverno che in estate.
Questa é vera e propria fluttuazione? Oppure é solo un problema tecnico negli equipaggiamenti utilizzati per misurare il decadimento radioattivo … forse causato dal cambiamento delle stagioni, con i cambiamenti che accompagnano di temperatura e umidità.
Sturrock ha commentato così l’ accaduto: ” Eravamo tutti convinti che i tassi di decadimento fossero costanti e quindi pensavamo che fossero solo errori sperimentali “.
Il sole si fà sentire.
Il 13 dicembre 2006, il sole stesso ha fornito un indizio cruciale, quando un brillamento solare ha inviato un flusso di particelle e radiazioni verso la Terra.
Jere Jenkins ingegnere nucleare dell’ Università di Purdue durante la misurazione del tasso di decadimento di manganese-54, un isotopo con breve emivita, che viene utilizzato nella diagnostica medica, notò che il tasso di decadimento calò leggermente durante il flare, una diminuzione che è iniziata circa un giorno e mezzo prima del flare.
Se questa relazione apparente tra flares e i tassi di decadimento é vera, si potrebbe utilizzare come metodo di previsione dei brillamenti solari prima del loro verificarsi, che potrebbe aiutare a prevenire danni ai satelliti e reti elettriche, oltre a salvare la vita degli astronauti nello spazio.
L’ anomalia del tasso di decadimento registrata in quella notte in Indiana , provava che qualcosa prodotto dal sole, aveva viaggiato nello spazio e attraversato la Terra per raggiungere i rivelatori di Jenkins .
Che cosa può essere stato emesso dal flare per avere un effetto del genere?
Jenkins e Fischbach hanno ipotizzato che che i colpevoli di questo disturbo nel tasso di decadimento erano probabilmente i neutrini solari, le fantomatiche particelle quasi senza peso, veloci quasi quanto la luce e che possono attraversare il mondo fisico, ovvero gli esseri umani, rocce, oceani e pianeti praticamente senza interazione.
In una serie di articoli pubblicati in Astroparticle Physics , Nuclear Instruments and Methods in Physics Research and Space Science Reviews, Jenkins, Fischbach e i loro colleghi hanno dimostrato che difficilmente le variazioni osservate nei tassi di decadimento, potessero provenire da influenze ambientali sul sistema di rilevazione.
Motivo di sospetto
Le loro scoperte rafforzano la tesi secondo cui le oscillazioni dei tassi di decadimento strano sono stati causati da neutrini dal sole. I tassi di decadimento altalenanti, sembravano essere in sintonia con l’orbita ellittica della Terra, e questi variano quando la Terra si avvicina al Sole ( perché esposta a più neutrini ) e poi quando si allontana.
Quindi c’era una buona ragione per sospettare il sole, ma potrebbe essere dimostrata?
A questo punto un aiuto viene da Peter Sturrock della Stanford. Durante una visita alla National Solar Observatory, in Arizona, Sturrock viene informato della scoperta fatta dai ricercatori della Purdue.
Sturrock sapeva per lunga esperienza che l’intensità del bombardamento di neutrini verso la Terra, varia in maniera regolare seguendo la rotazione del sole. Il suo consiglio ai ricercatori della Purdue: cercare le prove che la variazione nel decadimento radioattivo della Terra cambia con la rotazione del sole.”Questo è quello che ho suggerito. E questo è quello che abbiamo fatto.”
Una sorpresa
Controllando i dati sul decadimento radioattivo dal laboratorio di Brookhaven, i ricercatori hanno trovato uno schema ricorrente di 33 giorni. E ‘stata una sorpresa, dato che la maggior parte delle osservazioni solari mostrano un modello di circa 28 giorni – il tasso di rotazione della superficie del sole.
La spiegazione? Il nucleo del sole a quanto pare gira più lentamente della superficie che vediamo ed é qui che avvengono le reazioni nucleari che producono neutrini. “Può sembrare illogico, ma tutto fa pensare che il nucleo ruoti più lentamente rispetto al resto del sole”, ha detto Sturrock.
Tutte le evidenze indirizzano verso una conclusione che é il Sole a “comunicare” con isotopi radioattivi sulla Terra, ha detto Fischbach.
Ma c’è una domanda piuttosto grande rimasta senza risposta. Nessuno sa come i neutrini possano interagire con i materiali radioattivi e riuscire cambiare la loro velocità di decadimento.
“Non ha senso in base alle idee convenzionali”, ha commentato Fischbach.Jenkins ha aggiunto: “Quello che stiamo suggerendo è che un qualcosa che in realtà non interagisce con nulla sta cambiando qualcosa che non può essere cambiata”.
Sturrock concorda: “E ‘un effetto ancora inspiegabile “. “I teorici stanno cominciando a dire: ‘Che cosa sta succedendo?’ Ma è quello che i dati indicano. E ‘una sfida per i fisici e una sfida anche per il popolo solare “.
Se la particella misteriosa non è un neutrino, “Dovrebbe essere qualcosa che non conosciamo, una particella sconosciuta emessa dal sole che ha questo effetto sugli isotopi radioattivi, e questo fatto sarebbe ancora più notevole”, ha detto Sturrock.
Articolo scritto da Chantal Jolagh, “science-writing intern at the Stanford News” .
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