La maggior parte dell'energia del Sole e delle altre stelle proviene da una catena di reazioni di fusione nucleare. La fine di questa catena è segnata dalla fusione dei protoni con il berillio-7 per formare il boro-8. Questo processo è fondamentale nel determinare il flusso di neutrini solari ad alta energia che raggiungono la Terra.

Le condizioni di bassa energia in cui hanno luogo queste reazioni all’interno del sole sono quasi impossibili da riprodurre nei laboratori sulla Terra. Pertanto, gli scienziati si affidano a calcoli teorici per estrapolare la velocità di queste reazioni nucleari dagli esperimenti che possono condurre sulla Terra a energie più elevate. Tuttavia, esiste il rischio di incertezza durante l'esecuzione di queste estrapolazioni. Un nuovo protocollo riduce drasticamente questa incertezza.

Un articolo di ricerca su questo argomento è pubblicato sulla rivista Physics Letters B .

Il nuovo protocollo offre agli scienziati uno strumento migliore per determinare la velocità di fusione dei protoni con il berillio-7 a bassa energia utilizzando i dati di esperimenti condotti a energia più elevata. Il risultato concorda statisticamente con il valore attualmente raccomandato. Riduce inoltre l'incertezza di un fattore cinque.

In futuro, a questo miglioramento si aggiungeranno miglioramenti simili per altri tassi di reazione critici al sole. Ciò si tradurrà in previsioni più accurate basate sul modello solare standard. Questo modello solare descrive come il sole e le altre stelle cambiano nel tempo. Il risultato finale sarà una migliore comprensione delle proprietà dei neutrini e dell'interno del Sole utilizzando esperimenti che misurano con alta precisione il modo in cui i neutrini si formano nel Sole e poi si spostano sulla Terra.

Nell'ambito dello studio, i ricercatori hanno condotto un'analisi approfondita del sistema berillio-7 più protoni e hanno fornito previsioni con incertezze quantificate per la sua sezione trasversale di fusione che funziona nel quadro del modello no-core shell con continuum, un approccio di primo principio che descrive la struttura e le proprietà di reazione dei nuclei leggeri sullo stesso piano. L'uso di una varietà di interazioni a due e tre nucleoni dalla teoria del campo efficace chirale, nonché di ordini multipli di espansione chirale, ha aperto una finestra sulle proprietà universali del sistema come descritto da questa teoria efficace a bassa energia della cromodinamica quantistica.

I ricercatori hanno così dimostrato le caratteristiche alla base del tasso di cattura previsto consentendo la combinazione di calcoli teorici e misurazioni per produrre un tasso di cattura astrofisica valutato del protone-berillio-7 di S17(0) =19,8 ± 0,3 eV b, che concorda con l'attuale valore consigliato entro incertezze ma presenta barre di errore più piccole di un fattore 5.

I ricercatori si aspettano che il nuovo protocollo che combina calcoli predittivi (con incertezze quantificate) e dati sperimentali stabiliti attraverso questo lavoro stabilirà un nuovo standard per la valutazione delle reazioni astrofisiche degli ioni leggeri nelle regioni in cui le misurazioni sperimentali non sono fattibili. Ad esempio, questo protocollo sarà utile negli studi sulla fusione dell'elio-3 con l'elio-4 e sulla cattura di protoni sull'azoto-14 nel sole.

Ulteriori informazioni: K. Kravvaris et al, Valutazione informata ab initio della cattura radiativa di protoni su 7Be, Physics Letters B (2023). DOI:10.1016/j.physletb.2023.138156

Informazioni sul giornale: Lettere di fisica B

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