La proposta teorica, recentemente pubblicata su Physical Review Letters , potrebbe essere la soluzione ad un annoso problema legato alla produzione di un gruppo di isotopi rari presenti nel sistema solare ma la cui origine è ancora poco compresa, i cosiddetti p-nuclei.

I processi di fusione che operano in stelle massicce producono nuclei fino al ferro e al nichel. Oltre a questi, la maggior parte dei nuclei pesanti stabili, come il piombo e l'oro, vengono prodotti tramite processi di cattura dei neutroni lenti o rapidi.

Per la produzione degli altri, che sono carenti di neutroni, sono stati suggeriti diversi processi di nucleosintesi. Tuttavia, è rimasta una sfida spiegare la grande abbondanza di ^92,94 Mo, ^96,98 Ru e ⁹² Nb nel (primo) sistema solare.

Il processo νr consente la produzione simultanea di tutti questi nuclei perché i neutrini catalizzano una serie di reazioni di cattura.

Ecco come funziona il processo:il processo νr opera in deflussi ricchi di neutroni nelle esplosioni astrofisiche che inizialmente, quando le temperature sono elevate, sono costituiti da neutroni e nuclei situati attorno a ferro e nichel.

Quando la temperatura del materiale diminuisce, nuclei più pesanti vengono prodotti da nuclei più leggeri mediante una sequenza di catture di neutroni e processi di interazione debole. Tuttavia, a differenza del processo di cattura rapida dei neutroni, in cui le reazioni deboli sono decadimenti beta, sono reazioni di assorbimento dei neutrini per il processo νr.

Una volta esauriti i neutroni liberi, ulteriori reazioni di assorbimento dei neutrini convertono i neutroni legati nei nuclei in protoni spingendo i nuclei prodotti verso e anche oltre la linea di stabilità beta.

Le energie dei neutrini sono abbastanza grandi da eccitare i nuclei verso stati che decadono per emissione di neutroni, protoni e particelle alfa. Le particelle emesse vengono catturate dai nuclei pesanti.

Ciò innesca una serie di reazioni di cattura catalizzate dai neutrini che determinano le abbondanze finali di elementi prodotti dal processo νr. In questo modo i neutrini possono produrre nuclei carenti di neutroni che altrimenti sarebbero inaccessibili.

"La nostra scoperta apre una nuova possibilità per spiegare l'origine dei p-nuclei attraverso reazioni di assorbimento dei neutrini sui nuclei", afferma Zewei Xiong, scienziato del Dipartimento di astrofisica e struttura nucleare GSI/FAIR e corrispondente autore della pubblicazione.

Avendo determinato la serie di reazioni che guidano il processo νr, resta da identificare il tipo di esplosione stellare in cui avviene.

Nella loro pubblicazione, gli autori hanno proposto che il processo νr operi in materiale che viene espulso in un ambiente con forti campi magnetici, come nelle supernove magneto-rotazionali, nelle collapsar o nelle magnetar.

Questo suggerimento ha spinto gli astrofisici a cercare le condizioni adatte, e in effetti una prima pubblicazione ha già riportato che i materiali espulsi guidati magneticamente raggiungono le condizioni necessarie.

Il processo νr richiede la conoscenza delle reazioni dei neutrini e delle reazioni di cattura dei neutroni su nuclei situati su entrambi i lati della linea di stabilità beta. La misurazione delle reazioni rilevanti diventerà possibile grazie alle capacità uniche dell'anello di accumulo presso la struttura GSI/FAIR.