Referenti: G. Bisogni, G. Boca, S. Palmerini

L’Astrofisica Nucleare studia i processi nucleari che avvengono in natura nello spazio e caratterizzano (o hanno caratterizzato) la produzione di energia e la nucleosintesi del Big Bang, delle stelle e di eventi violenti come la fusione di stelle di neutroni e le esplosioni di supernova.
Riprodurre le condizioni in cui tali reazioni avvengono in natura e misurarle in laboratorio è la missione degli esperimenti che afferiscono alla linea 4 della CSN3. La principale difficoltà per lo studio in laboratorio della fisica nucleare delle stelle sta nella bassa energia a cui si verificano gli eventi astrofisici: la nucleosintesi primordiale diventa efficiente quando kT<100 keV, mentre le reazioni di fusione nelle stelle avvengono a energie di poche decine di keV e in plasmi completamente o parzialmente ionizzati. La repulsione coulombiana, lo screening elettronico rendono quindi difficoltose (o inibiscono) le misure dirette di tali reazioni in laboratorio. Gli esperimenti della linea ovviano il problema adottando specifiche tecniche sperimentali: l’esperimento ASFIN2 ricorre alle tecniche indirette del Trojan Horse (THM) e dell’Asymptotic Normalization Coefficient presso i LNS, LNL e molti laboratori nel mondo quali RIKEN, TRIUMF, NotreDame University, Accademia Ceca delle Scienze, TA&M U; la collaborazione LUNA intraprende misure dirette delle reazioni riuscendo a raccogliere efficientemente dati anche di reazioni con bassa statistica, sfruttando il potere di soppressione del fondo delle rocce del Gran Sasso presso i LNGS; l’esperimento ERNA2 sfrutta la cinematica inversa accoppiata al potente separatore di frammenti installato al laboratorio CIRCE a Caserta.
L’esperimento n_TOF invece è specializzato nella misura di sezioni d’urto di reazioni di cattura neutronica, sfruttando l’omonima facility al CERN che permette di selezionare con la tecnica del tempo di volo neutroni da pochi meV fino a diversi GeV di energia cinetica.
Infine l’esperimento PANDORA presso i LNS lavora alla costruzione di una trappola di plasma dove sarà possibile ricreare le condizioni di ionizzazione simili a quelle degli interni stellari e studiare quindi i rate di decadimento beta e cattura elettronica in plasmi a ionizzazione totale o parziale e un range di T da 0.1 a 30 keV e densità fino a 10¹³ cm^-3.

ASFIN2: schema del processo di break-up quasi libero tipico della tecnica THM

LUNA: apparato sperimentale

ERNA: separatore di frammenti

n_TOF: calorimetro a 4π all’interno dell’area sperimentale

PANDORA: Disegno concettuale della trappola magnetica