giovedì 7 maggio 2009

La strana e meravigliosa chimica del decadimento audioattivo - gli elementi

Dunque una stringa decade, seguendo le regole del decadimento audioattivo, in una stringa più lunga ma spezzabile in tante parti separate, indipendenti. Esistono quindi delle stringhe indivisibili, atomiche?

Sì, effettivamente è così, esistono delle stringhe di base che non sono ulteriormente divisibili. Per esempio la stringa 22 è un atomo, ed è anche stabile, ovvero non decade. Il fatto meraviglioso è che di stringhe atomiche ce ne sono 92, tante quanti sono gli elementi chimici naturali (wikipedia dice che qualche elemento transuranico è stato rinvenuto anche in natura, ma non sottilizziamo). Data la forte analogia con la chimica, Conway ha deciso di chiamare ogni stringa atomica con il nome di un elemento chimico, partendo dall'Uranio e facendolo decadere fino all'Idrogeno.

Ecco la tabella con tutte le stringhe atomiche:

92 U   3
91 Pa  13
90 Th  1113
89 Ac  3113
88 Ra  132113
87 Fr  1113122113
86 Rn  311311222113
85 At  Ho.1322113
84 Po  1113222113
83 Bi  3113322113
82 Pb  Pm.123222113
81 Tl  111213322113
80 Hg  31121123222113
79 Au  132112211213322113
78 Pt  111312212221121123222113
77 Ir  3113112211322112211213322113
76 Os  1321132122211322212221121123222113
75 Re  111312211312113221133211322112211213322113
74 W   Ge.Ca.312211322212221121123222113
73 Ta  13112221133211322112211213322113
72 Hf  11132.Pa.H.Ca.W
71 Lu  311312
70 Yb  1321131112
69 Tm  11131221133112
68 Er  311311222.Ca.Co
67 Ho  1321132.Pm
66 Dy  111312211312
65 Tb  3113112221131112
64 Gd  Ho.13221133112
63 Eu  1113222.Ca.Co
62 Sm  311332
61 Pm  132.Ca.Zn
60 Nd  111312
59 Pr  31131112
58 Ce  1321133112
57 La  11131.H.Ca.Co
56 Ba  311311
55 Cs  13211321
54 Xe  11131221131211
53 I   311311222113111221
52 Te  Ho.1322113312211
51 Sb  Eu.Ca.3112221
50 Sn  Pm.13211
49 In  11131221
48 Cd  3113112211
47 Ag  132113212221
46 Pd  111312211312113211
45 Rh  311311222113111221131221
44 Ru  Ho.132211331222113112211
43 Tc  Eu.Ca.311322113212221
42 Mo  13211322211312113211
41 Nb  1113122113322113111221131221
40 Zr  Er.12322211331222113112211
39 Y   1112133.H.Ca.Tc
38 Sr  3112112.U
37 Rb  1321122112
36 Kr  11131221222112
35 Br  3113112211322112
34 Se  13211321222113222112
33 As  11131221131211322113322112
32 Ge  31131122211311122113222.Na
31 Ga  Ho.13221133122211332
30 Zn  Eu.Ca.Ac.H.Ca.312
29 Cu  131112
28 Ni  11133112
27 Co  Zn.32112
26 Fe  13122112
25 Mn  111311222112
24 Cr  31132.Si
23 V   13211312
22 Ti  11131221131112
21 Sc  3113112221133112
20 Ca  Ho.Pa.H.12.Co
19 K   1112
18 Ar  3112
17 Cl  132112
16 S   1113122112
15 P   311311222112
14 Si  Ho.1322112
13 Al  1113222112
12 Mg  3113322112
11 Na  Pm.123222112
10 Ne  111213322112
 9 F   31121123222112
 8 O   132112211213322112
 7 N   111312212221121123222112
 6 C   3113112211322112211213322112
 5 B   1321132122211322212221121123222112
 4 Be  111312211312113221133211322112211213322112
 3 Li  Ge.Ca.312211322212221121123222112
 2 He  13112221133211322112211213322112
 1 H   Hf.Pa.22.Ca.Li

Dobbiamo leggerla in questo modo: l'Uranio decade nel Protoattinio, perché 3 diventa 13, il quale decade a sua volta nel Torio, perché 13 diventa 1113, e così via. Se in una stringa compaiono simboli di altri elementi, significa che la stringa precedente decade in più di un elemento: per esempio, la stringa del Samario (311332) decade in 13212312, che si spezza (secondo le regole già enunciate) in 132.12.312: 132 corrisponde al Promezio, 12 a Calcio e 312 a Zinco. L'ultimo elemento nella lista è l'Idrogeno (22), che è stabile. Il fatto che le stringhe più lunghe siano composte da 42 cifre non deve farvi prendere dal panico.

Come si vede, non compare mai la cifra 4, a meno che non la inseriamo noi all'inizio (infatti nulla vieta di fare partire il decadimento da una stringa contenente cifre maggiori di 3). Ma anche le stringe artificiali contenenti una cifra maggiore di 3 sono state previste e studiate da Conway: esse decadono in elementi naturali e in elementi chiamati transuranici. Questi ultimi costituiscono due diverse famiglie, quella del Plutonio, che corrisponde a

Pux = 31221132221222112112322211x

dove con x indichiamo una qualunque cifra maggiore di 3, e quella del Nettunio, l'elemento nel quale decade il Plutonio e che corrisponde a

Npx = 1311222113321132211221121332211x

A sua volta il Nettunio decade in elementi stabili e Plutonio — più precisamente, il Nettunio diventa Hf.Pa.H.Ca.Pux.

Ora la prossima domanda: abbiamo visto che se partiamo dall'Uranio (3) otteniamo tutti gli elementi, ma è così per qualunque stringa scritta a caso? È vero che ogni possibile stringa decade solo in questi elementi, prima o poi? (E quanto poi?)

Ma la storia della ricerca della risposta a questa domanda merita un post a parte...

Nessun commento: