La materia ordinaria che compone tutto ciò che ci circonda, e di cui noi stessi siamo fatti, è formata da atomi. Ogni atomo è strutturato in un nucleo centrale, che contiene protoni e neutroni, intorno al quale orbitano gli elettroni. Questi ultimi sono particelle elementari di carica elettrica negativa, legate ai protoni del nucleo (che hanno carica positiva) dalla forza elettromagnetica. I neutroni e i protoni sono tenuti insieme dall’interazione nucleare forte: non sono particelle elementari, ma sono formati a loro volta da particelle più piccole, i quark. Ogni atomo stabile è elettricamente neutro, con un uguale numero di protoni ed elettroni.
La comprensione teorica e sperimentale della struttura atomica e nucleare è passata attraverso un lungo percorso scientifico che ha coinvolto grandi scienziati e scienziate, tra cui Ernest Rutherford, icui esperimenti all’inizio del Novecento furono decisivi per intuire l’esistenza dei nuclei al centro degli atomi; Niels Bohr, il cui modello atomico introdusse il concetto di quantizzazione dell’energia e l’esistenza di orbite discrete per gli elettroni intorno al nucleo; Lise Meitner, con studi decisivi sulla manipolazione dei nuclei atomici e sulla fissione nucleare, e molti altri (tra cui naturalmente anche Enrico Fermi e i Ragazzi di via Panisperna).
La conoscenza sempre più dettagliata della struttura atomica e nucleare ha portato a numerose applicazioni tecnologiche, alcune rivoluzionarie per la società moderna (dalla medicina nucleare alle tecnologie basate su laser, per citarne solo alcune). Tuttavia, al contrario di quanto si possa credere, resta ancora molto da capire sul comportamento degli atomi e dei nuclei, che vengono studiati ancora oggi sia a livello fondamentale, sia per nuove potenziali applicazioni. Anche l’INFN èda sempre in prima linea in queste ricerche, con importanti contributi teorici e sperimentali.
Il ruolo dell’Italia nella nascita e nello sviluppo della ricerca in fisica nucleare è stato di primissimo piano, grazie soprattutto alla figura di Enrico Fermi e alla sua scuola di giovani fisici creata a Roma tra la fine degli anni ’20 e gli anni ’30,
L’astrofisica nucleare è un settore di ricerca interdisciplinare che applica i principi della fisica nucleare a sistemi astrofisici, con l’obiettivo di comprendere i processi nucleari che avvengono nell’universo.
È possibile ricavare energia dai processi nucleari essenzialmente in due modi. Separando un nucleo pesante (per esempio di uranio o plutonio) in due nuclei più piccoli, oppure unendo nuclei leggeri per costituire un nucleo più grande.