Modello nucleare a shell: differenze tra le versioni

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In [[fisica nucleare]] e [[chimica nucleare]], il ''modello nucleare a shell'' è un [[Modello fisico|modello]] del [[nucleo atomico]] che usa il [[principio di esclusione di Pauli]] per descrivere la struttura del nucleo in termini dei livelli energetici<ref>[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nuclear/shell.html Nuclear Shell Model]</ref>. Il primo modello a shell fu proposto da [[Dmitry Ivanenko]] (insieme a E. Gapon) e quindi sviluppato nel 1949 a seguito del lavoro indipendente di altri fisici, tra i quali in particolare [[Eugene Wigner]], [[Maria Goeppert-Mayer]] e [[J. Hans D. Jensen]] ai quali venne congiuntamente assegnato il [[premio Nobel per la fisica]] nel 1963 per il loro lavoro in questo campo.

Il modello a shell del nucleo è parzialmente analogo al [[modello atomico a shell]] che descrive la disposizione degli [[elettrone|elettroni]] in un atomo, in particolare la configurazione di "shell piena" ha particolare stabilità. In modo analogo quando un [[nucleone]] (un [[protone]] o un [[neutrone]]) viene aggiunto al nucleo si osservanoosserva che ci sono delle situazionesituazioni in cui l'energia di legame di un nucleo successivo è significativamente più bassa della precedente. Questa osservazione è stata caratterizzata con l'espressione "[[numero magico (fisica)|numeri magici]]", ovvero le configurazioni contenenti 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126 nucleoni risultavano particolarmente più stabili di quelle contenenti un nucleone in più. Il modello a shell del nucleo si basa su questo fatto sperimentale.

Si noti che le shell esistono sia per i protoni che per i neutroni separatamente, così che si può parlare di "nucleo magico" quando uno dei due tipi di nucleoni raggiunge un numero magico e di "nuclei doppiamente magici" quando lo sono entrambi. Date alcune variazioni nel riempimento degli orbitali i numeri magici massimi sono 126 e {{Citazione necessaria|184}} per i neutroni ma solo 114 per i protoni. Sono stati trovati dei numeri semimagici, in particolare Z=40<ref>{{en}} [http://www.halexandria.org/dward472.htm Articolo] sul "modello nucleare a shell" in cui sono riportati i riempimenti delle shell per vari elementi. URL consultato il 4 luglio 2011.</ref>, 16 potrebbe essere un ulteriore numero magico<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Ozawa|nome=A.|last2=Kobayashi|first2=T.|last3=Suzuki|first3=T.|last4=Yoshida|first4=K.|last5=Tanihata|first5=I.|titolo=New Magic Number, N=16, near the Neutron Drip Line|rivista=Physical Review Letters|volume=84|numero=24|pagine=5493|anno=2000|id=PMID 10990977|doi=10.1103/PhysRevLett.84.5493|bibcode=2000PhRvL..84.5493O}}</ref>.

Per ottenere questi numeri, il modello nucleare a shell parte da un potenziale medio al quale viene aggiunto un termine di [[interazione spin-orbita]]. Ulteriori termini empirici, dati ancora dall'accoppiamento spin-orbita nucleare (detti complessivamente "[[termine di Nilsson]]"), devono essere tuttavia aggiunti per riprodurre precisamente i dati sperimentali.

In ogni caso i numeri magici dei nucleoni, così come altre proprietà, possono essere ricavati approssimando il modello con un [[oscillatore armonico quantistico]] tre dimensionaletridimensionale con una interazione spin-orbita. Un potenziale più realistico (ma anche più complesso) è il [[potenziale di Woods-Saxon]].

[[Igal Talmi]] ha successivamente sviluppato un metodo per ottenere informazioni dai dati sperimentali e lo ha utilizzato per predire energie che non erano state misurate precedentemente. Questa descrizione si è poi sviluppata nel [[modello a bosoni interagenti]].