Le terre rare o lantanidi sono un gruppo di 17 elementi chimici più pesanti del ferro, ma meno del piombo. Estratti da alcuni minerali, il loro impiego nell’industria riguarda la produzione di apparati di alta tecnologia, dai circuiti che fanno funzionare computer e telefonini ai motori ibridi di ultima generazione. Lantanio, europio, erbio e neodimio sono
diventati indispensabili per il mondo moderno. Negli ultimi mesi, le pagine di economia e fi nanza dei maggiori quotidiani di tutto il mondo si sono occupate di terre rare, a causa del loro prezzo triplicato in pochissimo tempo. Gli analisti avevano da tempo lanciato l’allarme: l’offerta sta diventando insufficiente per coprire la crescente richiesta di questi elementi. Così, se il mercato dell’high tech è affamato di terre rare, la Cina, con oltre il 95% della produzione mondiale, fissa il prezzo al rialzo. Ma come e quando sono state sintetizzate le terre rare che troviamo oggi in natura? L’astrofisica già da tempo si è posta questa domanda. In un famoso articolo pubblicato sul Review of Modern Physics nel 1957, un gruppo di giovani scienziati del CALTEC, Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, Willy Fowler (premio Nobel per la fisica nel 1983) e Fred Hoyle, indicarono la strada per rispondere a questa domanda. Oggi sappiamo che la maggior parte degli elementi chimici (ad eccezione dell’idrogeno e dell’elio) è stata sintetizzata all’interno delle stelle, dove ad altissime temperature i nuclei leggeri si fondono per produrre nuclei più pesanti. Ci vogliono almeno 100 milioni di grado per far fondere 3 nuclei di elio in un nucleo di carbonio. A temperature più basse, infatti, la fusione è impedita dalla repulsine elettrica. La ragione di ciò risiede nel fatto che i nuclei contengono protoni, i quali hanno carica positiva e si respingono tra loro. Più pesante è un nucleo, più alta è la sua carica elettrica (contiene più protoni) e più alta deve essere la temperatura necessaria per fonderli. Così il carbonio si fonde quando nelle stelle ci sono almeno mezzo miliardo di gradi. Va detto che oltre a permettere la sintesi di nuovi elementi, le fusioni termonucleari producono l’energia necessaria a far brillare le stelle per miliardi di anni. In questo modo, e a temperature via via crescenti, vengono sintetizzati l’ossigeno, il neon, il sodio, il magnesio, il silicio fi no al ferro. Oltre non si può andare, perché le fusioni dei nuclei del ferro non producono energia, ma ne assorbono. Le stelle che ci provano vanno incontro a seri problemi di stabilità. Quando ciò accade, le zone centrali, quelle più calde dove le reazioni nucleari sono più efficienti, collassano in una stella di neutroni o in un buco nero. Ma allora dove e quando sono state prodotte le terre rare e tutti gli elementi chimici più pesanti del ferro? L’ipotesi formulata da Fowler & C. è che per sintetizzare questi elementi occorrono i neutroni, particelle neutre che insieme ai protoni costituiscono la materia di cui sono fatti i nuclei atomici. Essendo elettricamente neutri non sentono la repulsione elettrica di modo che se in una stella si attivano sorgenti di neutroni, questi possono facilmente fondersi con i nuclei, anche a temperature relativamente basse. Da oltre 15 anni mi occupo di scovare queste sorgenti di neutroni, e di capire dove e quando si attivano nella lunga vita di una stella i processi di nucleosintesi degli elementi più pesanti del ferro. Questo lavoro mi ha portato a collaborare con scienziati di tutto il mondo: fisici che misurano le velocità delle reazioni nucleari, astronomi che misurano le abbondanza dei vari elementi chimici nelle stelle, geofi sici che misurano le stesse abbondanze nella crosta terrestre e nei meteoriti. All’Osservatorio di Teramo è attivo da qualche tempo un gruppo di ricerca che si occupa della produzione di modelli stellari in grado di interpretare tutte queste misure sperimentali. Il gruppo si è già imposto all’attenzione del mondo scientifi co internazionale per importanti risultati ottenuti nella sintesi cosmica degli elementi chimici. La prossima volta che desidererete acquistare uno smartphone, sono sicuro che penserete alle terre rare che lo fanno funzionare. e se vi viene la voglia di sapere in quale stella sono state prodotte non avete che da chiedere. Agli astronomi di Collurania, naturalmente.