Astrofisica Nucleare

ARGOMENTI DI RICERCA

L'astrofisica nucleare studia le reazioni nucleari responsabili della produzione di energia e della sintesi degli elementi sia durante la nucleosintesi stellare che durante la nucleosintesi primordiale (BBN), avvenuta durante i primi minuti dopo il Big Bang. Con riferimento alla nucleosintesi stellare, le reazioni nucleari indotte tra particelle cariche sono alla base della produzione di energia nelle stelle tramite la catena protone-protone (pp-chain) o il ciclo CNO, una volta identificata la massa stellare iniziale. Tuttavia tali reazioni nucleari giocano un ruolo fondamentale anche nella genesi degli elementi per cui occorre uno studio dettagliato delle corrispondenti sezioni d'urto di reazione. Relativamente alla BBN, l'astrofisica nucleare mira a risolvere alcuni dei problemi ancora aperti quali, ad esempio, il cosidetto "problema del litio" per cui le abbondanze superficiali osservate in stelle di alone risultano essere inferiori di circa un fattore 3 rispetto a quelle previste dal modello di BBN una volta assunto il valore della densità barionica così come misurato da indipendenti studi sulla radiazione cosmica di fondo (CMB).

Benchè notevoli siano stati i progressi fatti nella modellistica stellare e nella cosmologia, la misura diretta delle sezioni d'urto di reazione per i processi di interesse astrofisico rimangono di difficile realizzazione visto che le energie da esplorare risultano essere inferiori rispetto all'altezza della barriera coulombiana nel canale di ingresso. Ciò significa che le reazioni procederanno per effetto tunnel il che riduce i valori delle sezioni d'urto di reazione all'ordine del nano o del picobarn rendendo di fatto difficile una misura in laboratorio.

Il gruppo ASFIN (Astrofisica Nucleare) di Catania svolge ricerche nel campo dell'astrofisica nucleare da oltre 25 anni. Le ricerche ASFIN sono finanziate dalla Commissione Scientifica Nazionale 3 dell'INFN (CSN III).
Peculiarità del gruppo ASFIN è la misura delle sezioni di interesse astrofisico tramite metodi indiretti.

In particolare, il gruppo ASFIN è riconosciuto a livello internazionale come leader nell'applicazione del Trojan Horse Method (THM). Questo metodo indiretto è stato largamente adottato per contribuire alla risoluzione di talune problematiche astrofisiche come la nucleosintesi primordiale, il bruciamento degli elementi leggeri, le sorgenti/veleni di neutroni in ambiente stellare e le fasi avanzate ed esplosive di nucleosintesi. Ad esempio, i risultati principali relativi allo studio della 13C(α,n)16O sono mostrati a destra e pubblicati sulla rivista Phys. Rev. Letters.

L'attività sperimental del gruppo ASFIN è solitamente condotta presso Laboratori Nazionali del Sud (LNS-INFN) di Catania, sebbene le già esistenti collaborazioni consentono la realizzazione di esperimenti in sedi nazionali (Padova, Napoli, Frascati) ed internazionali (Riken-Tokyo, ASCR-Praga, TAMU-College Station, FSU-Thallassee, CIAE-Beijing...). Inoltre, recentemente, il gruppo ASFIN si occupa della misura delle sezioni d'urto di reazioni indotte da plasmi. I risultati delle ricerche ASFIN sono pubblicati su riviste quali PRL, PRC, APJ, A&A, JpG etc.

ASFIN inoltre organizza dal 2001 la "European Summer School on Experimental Nuclear Astrophysics”. Scopo della scuola è la formazione di giovani ricercatori nel campo dell'astrofisica nucleare tramite una serie di lezioni tenute dai maggiorni esperti del settore a livello internazione. L'ultima edizione della scuola è disponibile on-line (click here).

GRUPPO DI RICERCA ASFIN
L. Lamia (Spokesperson-UniCT), R. G. Pizzone (Spokesperson-UniCT), P. Figuera (Local resp.-INFN)
- UniCT-DFA: S. Cherubini, G.F. D'Agata, A.A. Oliva, G.G. Rapisarda, S. Romano, M.L. Sergi;
- INFN-LNS: M. La Cognata, A. Di Pietro, G.L. Guardo, M. Gulino, P. Prajapati, D. Lattuada, D. Santonocito, R. Spartà, D. Torresi, A. Tumino;
- INFN-NA: M. La Commara (Local resp.) & collaborators ;
- INFN-PD: M. Mazzocco (Local resp.) & collaborators;
- INFN-PG: S. Palmerini (Local resp.) & collaborators.

PUBBLICAZIONI RECENTI
1) "A New Reaction Rate of the ²⁷Al(p/α)²⁴Mg Reaction Based on Indirect Measurements at Astrophysical Energies and Implications for ²⁷Al Yields of Intermediate-mass Stars", M. La Cognata et al., The Astrophysical Journal, Volume 941, Issue 1, id.96,  14  pp.

2) "The Trojan Horse Method: A Nuclear Physics Tool for Astrophysics" A. Tumino et al. 2021, Annual Review of Nuclear and Particle Science, Volume 71, pp. 345-376

3) "Cross section measurement of the cosmologically relevant ⁷Be(n,alpha)⁴He reaction over a broad energy range in a single experiment" L. Lamia et al. 2019, Astrophys. Journ., 879, 23;

4) "An increase in the ¹²C+¹²C fusion rate from resonances at astrophysical energies" A. Tumino et al. 2018, Nature, 557, 687;

5) "First measurement of the ¹⁹F(alpha,p)²²Ne reaction at energies of astrophysical relevance" R.G. Pizzone et al. 2017, Astrophys. Journ., 836, 57.

DISSEMINAZIONE
Informazioni aggiuntiva sulla nostra attività di ricerca nonché sui recenti esperimenti e contributi a conferenze sono disponibili alla pagina Facebook di ASFIN
 

CONTATTI: Livio Lamia and Stefano Romano