L’Acceleratore dell’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), per lo studio delle reazioni nucleari all’interno del Sole. © Copyright Matthias Junker LNGS-INFN L'utilizzo della foto è gratuito previa autorizzazione dell'Ufficio Comunicazione INFN

Alcune reazioni di fusione nucleare all?interno delle stelle avvengono pi? lentamente di quanto si pensasse e, di conseguenza, le stelle stesse ma anche le galassie e l?intero Universo sono un po? pi? vecchi del previsto. Questo ? quanto emerge dagli ultimi risultati dell?esperimento Luna (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e condotto in collaborazione dall?Infn e dall?Universit? della Ruhr di Bochum, in Germania. Lo studio, che sar? pubblicato sulla rivista Physics Letters B il 17 giugno prossimo, ? apparso oggi sul sito della stessa rivista. Un secondo articolo ? stato accettato dalla rivista Astronomy and Astrophysics.

L?obiettivo di Luna ? riprodurre alcune reazioni che avvengono all?interno delle stelle, in particolare del Sole, e misurare la loro velocit?. In Luna vengono fatti avvenire urti di protoni (cio? nuclei di idrogeno) contro nuclei di azoto: una reazione che porta alla formazione di un nucleo di ossigeno con contemporanea emissione di energia. ?La gran parte dell?energia sprigionata dalla nostra stella deriva da reazioni di fusione di quattro nuclei di idrogeno che portano direttamente alla formazione di un nucleo di elio. Esiste per? anche un altro processo in seguito al quale sono prodotti nuclei di elio e questo passa attraverso il cosiddetto ciclo carbonio-azoto-ossigeno. La velocit? del ciclo ? determinata dalla pi? lenta delle reazioni che lo compongono, appunto quella che porta a un nucleo di ossigeno in seguito alla fusione fra un nucleo di azoto e un protone. Cio? la reazione studiata da Luna?, spiega Carlo Broggini coordinatore di Luna.

La fusione fra il nucleo di azoto e un protone non ? di per s? difficile da riprodurre, ma la difficolt? sta nell?ottenerla alla stessa energia con cui essa avviene nelle stelle: una energia relativamente bassa, a causa della quale il fenomeno ? piuttosto lento, pari a pochissime reazioni al giorno (una fortuna per il nostro pianeta, perch? se questi processi si verificassero velocemente, il Sole avrebbe consumato in breve tempo il proprio ?carburante? e ci? avrebbe reso impossibile la vita cos? come noi la conosciamo). ?In un normale laboratorio posto in superficie, gli effetti della reazione studiata da Luna sarebbero totalmente mascherati da effetti simili, ma molto pi? numerosi, dovuti a reazioni provocate dalla pioggia di raggi cosmici che investe ininterrottamente il nostro pianeta. I Laboratori del Gran Sasso per? sono situati sotto 1.400 metri di roccia, i quali costituiscono una barriera impenetrabile per quasi tutte le particelle che giungono dallo Spazio. Grazie a queste particolari condizioni abbiamo potuto condurre il nostro esperimento?, dice Carlo Broggini.

Il risultato ? stato sorprendente: il ciclo carbonio?azoto?ossigeno avviene due volte pi? lentamente di quanto si pensasse. ?L?aspetto pi? affascinante di questo studio ? che da esso scaturisce una nuova stima dell?et? dell?Universo. L'et? delle stelle pi? antiche, quelle che formano i cosiddetti ammassi globulari, viene infatti calcolata in base allo spettro luminoso che esse emettono, supponendo per? di conoscere proprio la velocit? del ciclo carbonio-azoto-ossigeno. Poich? quest?ultimo sembra pi? lento del previsto, anche l?et? delle stelle degli ammassi globulari ? stata nuovamente calcolata e aumentata di circa un miliardo di anni. Di conseguenza, alla luce dei nuovi dati di Luna, l?et? del nostro Universo passa dalla precedente stima di circa 13 miliardi di anni a circa 14 miliardi di anni.? spiega Eugenio Coccia, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

I risultati di Luna regalano anche un?altra informazione: i neutrini dotati di alta energia prodotti dal ciclo carbonio-azoto-ossigeno sono la met? di quanto si pensasse, perch? quest?ultimo ? responsabile solo dello 0,8% dell?energia emessa dal Sole (e non dell?1,6% come si credeva). Questo dato ? di grande interesse per i fisici delle astroparticelle impegnati in esperimenti focalizzati proprio sui neutrini di energia relativamente alta, come ad esempio l?esperimento Borexino in allestimento presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso o il giapponese Kamland.