Per la prima volta è stato possibile misurare direttamente alle energie a cui funzionano le stelle il tasso della reazione che produce la gran parte dei neutroni responsabili della formazione di tutti gli elementi più “pesanti ” del ferro. Si apre una nuova fase nella comprensione dei complessi meccanismi che dal centro delle stelle producono gli elementi chimici che ci circondano e che formano il nostro mondo.

LUNA è una collaborazione internazionale di circa 50 ricercatori italiani, tedeschi, scozzesi ed ungheresi a cui partecipano l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare per l’Italia, l’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf per la Germania, il MTA-ATOMKI per l’Ungheria, la School of Physics and Astronomy, dell’Università di Edimburgo per il Regno Unito. In Italia collaborano all’esperimento: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, le sezioni INFN e le università di Bari, Genova, Milano Statale, Napoli Federico II, Padova, Roma La Sapienza, Torino e l’Osservatorio INAF di Teramo.

Il DIFI ha sempre avuto un ruolo di primo piano nell'esperimento LUNA sin dalla sua nascita e nel progetto della nuova fase denominata LUNA-MV. Per circa 15 anni il DIFI ha coordinato la collaborazione internazionale, ha formato studenti e dottorandi che adesso sono ricercatori affermati in Italia e all'estero, ha costruito parti importanti dell'apparato sperimentale installato nei Laboratori del Gran Sasso.

Come si producono gli elementi pesanti nelle stelle? La collaborazione scientifica dell’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), che opera presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, ha di recente pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Physical Review Letters nuovi risultati che potrebbero aiutarci a rispondere a questa domanda che impegna fisici e astrofisici da decenni.

I risultati, frutto di una campagna sperimentale durata circa quattro anni, riguardano un particolare processo che porta alla produzione di neutroni a partire da un nucleo di carbonio 13 e un nucleo di elio. I neutroni, infatti, sono fondamentali per la produzione di elementi pesanti, in quanto possono essere facilmente “catturati” dai nuclei presenti nelle stelle, permettendo così la sintesi di elementi più pesanti del ferro come il Cadmio, il Tungsteno o il Piombo.

Per la prima volta la collaborazione LUNA ha misurato la velocità di questo processo con un’elevatissima precisione direttamente alle temperature stellari, fornendo informazioni preziosissime per la costruzione di modelli che riproducono l’evoluzione di una stella.

“Finora la nostra conoscenza di questo processo era basata su estrapolazioni da misure a energie più elevate, rispetto a quelle delle stelle, e da esperimenti indiretti.” Racconta Gianluca Imbriani, portavoce della collaborazione LUNA. “Questo portava a grandi incertezze nella determinazione della velocità di produzione dei neutroni nelle stelle.”

“LUNA è l’unico esperimento che ad oggi è riuscito a misurare direttamente questo processo di produzione dei neutroni nella finestra energetica di interesse astrofisico, riducendo drasticamente le incertezze degli altri risultati sperimentali.” Aggiungono Alba Formicola e Andreas Best, che hanno coordinato il lavoro per questa misura. “Questo è stato possibile grazie al bassissimo rumore di fondo che caratterizza i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e avrà un grande impatto sulla previsione della formazione di una serie di elementi pesanti, la cui sintesi dipende fortemente dalla velocità di questo processo.”

L’esperimento LUNA proseguirà la sua attività scientifica nel prossimo decennio grazie al progetto in fase di realizzazione LUNA-MV, che riprodurrà in laboratori i processi che avvengono nel cuore delle stelle di grande massa.