I fisici nucleari della struttura GANIL / Institute of Research into the Fundamental Laws of the Universe (IRFU) stanno usando un acceleratore di ioni pesanti per ricreare le condizioni dell’esperimento al fine di sondare la fisica delle stelle massicce morenti, prima che esplodano (in una supernova).

L’azione dei neutrini nelle supernovae è poco compresa. Quando il nucleo di una stella massiccia alla fine della sua vita collassa su se stessa sotto l’effetto della gravità, gli elettroni negli atomi si combinano con i protoni nei loro nuclei, producendo protoni insieme ai neutrini. I neutrini prodotti in abbondanza fuoriescono quindi dalla stella di neutroni che si forma ad una velocità ancora maggiore della luce. Tanto che il 99% dell’energia emessa da una supernova è sotto forma di neutrini! L’esplosione caratteristica delle supernove che segue questo episodio è “guidata” dai neutrini.

Tuttavia, quando il nucleo della stella collassa, i neutrini possono essere catturati da neutroni liberi – un processo che può influenzare l’evoluzione della supernova. I fisici nucleari hanno voluto approfondire l’argomento studiando la concentrazione di neutroni nella materia nucleare eccitata, utilizzando collisioni di ioni pesanti al GANIL di Caen.

I nuclei leggeri (deuteroni, tritoni, isotopi di elio-3, ecc.) vengono creati come protoni e neutroni aggregati durante la collisione tra nuclei proiettili e nuclei bersaglio. L’obiettivo dei ricercatori è quello di raccogliere le proprietà termodinamiche che governano l’aggregazione di neutroni e protoni in materia nucleare con una densità simile a quella del nucleo collasato delle supernove.

Per fare questo, essi utilizzano un’analisi bayesiana per calcolare le probabilità di cause ipotetiche – gli “osservabili” termodinamici che governano la formazione degli aggregati – basate sull’osservazione di eventi noti (la formazione di elementi luminosi).

Utilizzando il rivelatore INDRA (Nucleus Identification and High-Resolution Detection) dell’impianto GANIL, i ricercatori hanno determinato le costanti di equilibrio chimico degli aggregati di neutroni e protoni in funzione della densità della materia nucleare, utilizzando misure effettuate su sei nuclei luminosi. Questi valori, soggetti ad un elevato grado di incertezza, sono confrontati con un calcolo teorico.

Per migliorare la precisione, sono previsti altri esperimenti su elementi più pesanti, utilizzando il rivelatore FAZIA (Forward A e Z Identification Array) accoppiato all’INDRA, che, attraverso una migliore identificazione isotopica dei nuclei più pesanti in particolare, aumenterà significativamente la precisione dell’esperimento.