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Cosmological Lithium Problem

E’ appena stato pubblicato su Physical Review Letters un lavoro della Collaborazione n_TOF al CERN su una misura di interesse per il Cosmological Lithium Problem. La misura è stata proposta e realizzata dai ricercatori INFN della Sezione di Bari, in collaborazione con i Laboratori Nazionali del Sud ed il Paul Scherrer Institut (PSI) di Villigen, Svizzera.

L’articolo è stato selezionato come “PRL Editor’s Suggestion”, in virtù dell’importanza dell’argomento e dell’interesse per il risultati

http://journals.aps.org/prl 

Il problema del Litio primordiale riguarda la nucleosintesi del Big Bang (BBN), il meccanismo attraverso cui si formano gli elementi più leggeri nei primi minuti di vita dell’Universo. Attualmente i modelli teorici sono in grado di spiegare la produzione di idrogeno e elio (2H, 3He, 4He), e altri nuclei leggeri ma sovrastimano la produzione di litio, di circa un fattore 3. Questa discrepanza persiste da circa 40 anni nonostante i numerosi sforzi dei ricercatori di trovare una spiegazione. Attualmente il CLiP è uno degli argomenti più dibattuti nel campo della cosmologia e dell’astrofisica nucleare e secondo alcuni autori potrebbe anche essere un segnale di fisica oltre il modello standard. Poiché il 7Li cosmologico è prodotto quasi esclusivamente dal decadimento del 7Be, una possibile spiegazione potrebbe risiedere nei tassi delle reazioni n+7Be, attualmente poco o per niente conosciuti per via della difficoltà intrinseca delle misure (il 7Be è un isotopo radioattivo di soli 53 giorni di vita media, estremamente difficile da reperire nella quantità e purezza necessaria).

 I ricercatori INFN nella collaborazione n_TOF al CERN hanno proposto e realizzato la misura della sezione d’urto di breakup in 2 particelle alfa, la 7Be(n,a)4He. A causa della complessità della misura, l’unico dato esistente su questa reazione era stato ottenuto nel 1963 con neutroni termici (25 meV) al reattore di Ispra, mentre la sezione d’urto alle energie di interesse per la BBN (20-200 keV) era fino ad ora basata esclusivamente su estrapolazioni teoriche,  ritenute incerte anche di un fattore 10. La recente costruzione di una seconda area sperimentale ad alto flusso (EAR2) presso la sorgente di spallazione n_TOF del CERN di Ginevra ha reso finalmente possibile misurare questa reazione per la prima volta in un ampio range energetico. La facility n_TOF, in funzione dal 2001, permette di studiare reazioni indotte da neutroni di interesse per l’Astrofisica Nucleare e per varie applicazioni, in particolare nel campo dell’energia e della medicina. Il fascio di neutroni nella EAR2 ad n_TOF è attualmente il più  intenso e a largo spettro al mondo, (108 neutroni/impulso, con energia compresa fra 2 meV e 100 MeV).

 Nella misura sono stati impiegati due bersagli di 7Be da 40 GBq di attività totale, preparati presso il Paul Scherrer Institut (PSI) di Villigen, in Svizzera, mentre l’apparato sperimentale, ad alta efficienza e selettività, è stato sviluppato in collaborazione con i Laboratori Nazionali del Sud.

 A bassa energia la sezione d’urto misurata ad n_TOF risulta 20 volte superiore a quanto assunto fino ad ora, ma ad alte energie essa decresce più rapidamente di quanto precedentemente ipotizzato. Nel range di interesse per la nucleosintesi del Big Bang la misura ha fornito un valore 10 volte inferiore a quanto attualmente utilizzato nei calcoli di modello, chiarendo in maniera inequivocabile che questo canale di reazione non è in grado di risolvere il problema del Litio Cosmologico. Il mistero rimane, e la soluzione del problema va cercata in scenari alternativi.