Un Cavallo di Troia per lo studio delle reazioni stellari

Saranno pubblicati sul prossimo numero di Nature – in uscita il 31 maggio - i risultati di un’importante ricerca condotta docenti e ricercatori del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Catania, dell’Università “Kore” di Enna e da ricercatori dei Laboratori Nazionali del Sud dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La ricerca, condotta con l’acceleratore di particelle Tandem degli Lns di Catania, ha permesso di fare luce su un punto chiave dell’evoluzione stellare: la combustione del carbonio attraverso la reazione 12C+12C. Fino ad ora nulla si sapeva riguardo alla probabilità di tale processo, vi erano soltanto ipotesi talora contraddittorie. La combustione del carbonio avviene ad energie comprese tra 1 e 2 MeV (milioni di elettronvolt) circa, che corrispondono a temperature poco al di sotto del miliardo di Kelvin. In laboratorio, tale reazione è inibita a causa della repulsione coulombiana tra i due nuclei di 12C ed una misura diretta sotto i 2 MeV di energia non è mai stata effettuata. Decisiva è stata quindi l’applicazione di un metodo chiamato “Trojan Horse Method” per la misura dei canali di fusione 12C(12C,a0,1)20Ne e 12C(12C,p0,1)23Na, che determinano la resa alle energie di interesse astrofisico. Si tratta di un approccio indiretto per studiare reazioni che avvengono ad energie estremamente basse, come quelle di nucleosintesi nelle stelle, utilizzando una reazione alternativa e più facile da misurare in laboratorio. In particolare, quello del Cavallo di Troia è un metodo per lo studio di reazioni nucleari di interesse astrofisico che utilizza una reazione alternativa e più facile da misurare in laboratorio. E’ così chiamato perché per studiare, ad esempio, questa particolare reazione di fusione è necessario nascondere un nucleo di carbonio 12 in un nucleo di azoto 14, in modo da eludere la repulsione elettrostatica tra nuclei.

Negli ultimi decenni tale metodo è stato applicato con successo a reazioni nucleari importanti per comprendere la nucleosintesi primordiale e stellare; riferimento mondiale in questo campo è il gruppo di astrofisica nucleare dei Laboratori Nazionali dei Sud, fondato da Claudio Spitaleri, ordinario in quiescenza di Fisica sperimentale dell’Università di Catania e associato Infn.

Questa versione scientifica dell’antico inganno permette di fare avvenire la fusione 12C+12C “nascondendo” uno dei due 12C dentro il nucleo di azoto, 14N (il Trojan Horse), che lo conduce direttamente nel campo nucleare dell’altro 12C.  Questa è la prima volta che si utilizza uno ione pesante come nucleo Trojan Horse.

L’esperimento è stato effettuato utilizzando un fascio di 14N accelerato dal Tandem van de Graaf  degli Lns. La versione online dell’articolo, dal titolo “An increase in the 12 C + 12 C fusion rate from resonances at astrophysical energies", è già dsponibile sul sito di Nature.