• Dai Laboratori del Gran Sasso al Big Bang, e ritorno

    L’esperimento LUNA fa luce sulla densita’ della materia che compone tutto cio’ che conosciamo nell’Universo

    C’è una reazione chiave di quel processo fondamentale, chiamato nucleosintesi primordiale, che ha portato alla produzione degli elementi chimici più leggeri nei primi momenti di vita del nostro Universo: è la reazione per mezzo della quale da un protone e un nucleo di deuterio si ottiene l’isotopo stabile dell’elio detto Elio-3.

    Questa reazione è stata ora indagata con una precisione mai raggiunta prima dall’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics – luna.lngs.infn.it), nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN: è stato così possibile raffinare i calcoli della nucleosintesi primordiale, ricavando un’accurata determinazione della densità della materia ordinaria, di cui è fatto tutto ciò che conosciamo compresi gli esseri viventi. Per quest’ultima parte ci siamo avvalsi della preziosa collaborazione del gruppo di fisica astroparticellare e cosmologia teorica dell’Università Federico II di Napoli.

    I risultati della misura, insieme ad una discussione sulle conseguenze cosmologiche di questo risultato, sono state pubblicate sulla rivista Nature, oggi 11 Novembre 2020: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2878-4

    Durante la loro vita le stelle convertono gli elementi chimici leggeri in elementi più pesanti, tramite processi di fusione nucleare. Non tutti gli elementi chimici però sono prodotti nelle stelle: quelli più leggeri vennero prodotti circa 3 minuti dopo il Big Bang, quando la temperatura scese ad un miliardo di gradi e il deuterio cominciò ad essere prodotto dalla fusione di protoni e neutroni senza essere distrutto dall’interazione con i fotoni di alta energia. Iniziò così la nucleosintesi primordiale.

    Nel silenzio cosmico dei Laboratori sotterranei del Gran Sasso, dove 1400 m di roccia proteggono le sale sperimentali dalle radiazioni esterne, l’esperimento LUNA è in grado di ricreare i processi che avvengono nelle stelle e che avvennero durante la nucleosintesi primordiale e di riportare, con il suo acceleratore di particelle, l’orologio indietro nel tempo fino a pochi minuti dopo la nascita dell’Universo. L’abbondanza di deuterio primordiale è determinata principalmente dalla reazione p+d -> 3He+γ, misurata durante la lunga campagna effettuata a LUNA. La densità di materia barionica ottenuta attraverso il risultato di LUNA è in ottimo accordo con il valore ricavato dallo studio della radiazione cosmica di fondo, il residuo “fossile” del Big Bang.

    LUNA è una collaborazione scientifica internazionale composta da circa 50 ricercatori. La sezione di Torino dell’Istituto di Fisica Nucleare partecipa all’esperimento con il contributo di Francesca Cavanna, Paolo Colombetti e Gianpiero Gervino. In particolare Cavanna ha coordinato il gruppo di lavoro che si è occupato di questo studio, sia per la parte di presa dati, sia per la successiva analisi.

    Per l’Italia collaborano all’esperimento LUNA: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, 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. Per gli altri paesi: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf per la Germania, MTA-ATOMKI di Debrecen e Osservatorio di Konkoly dell’Accademia Ungherese delle Scienze di Budapest per l’Ungheria e la School of Physics and Astronomy dell’Università di Edimburgo per il Regno Unito.

    13 Nov 2020 / admin / 0

    Categories: Comunicato stampa, evento

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