Il cerio, un elemento chimico fondamentale per la vita sulla Terra e per le tecnologie avanzate, è stato al centro di una nuova ricerca condotta dall’Istituto di fisica nucleare (Infn) e dall’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), pubblicata sulla rivista Physical Review Letters. Lo studio, realizzato presso il Cern nell’esperimento n_Tof, ha permesso di misurare con precisione la sezione d’urto della reazione nucleare dell’isotopo 140 del cerio con un neutrone, un meccanismo chiave per il processo di cattura lenta di neutroni che avviene nelle stelle.
Il cerio, parte delle terre rare, è essenziale per molte applicazioni tecnologiche e oggetti di uso quotidiano, come gli accendini. La ricerca ha utilizzato n_Tof come sorgente di fasci di neutroni per riprodurre alcune delle reazioni nucleari che avvengono nell’universo, dalla fisica medica all’astrofisica nucleare e alla produzione di energia. Le misure effettuate a n_Tof, affiancate da modelli teorici, hanno permesso di comprendere meglio la produzione degli elementi chimici nell’universo, dal Big Bang fino ai processi di cattura neutronica lenta e veloce nelle stelle.
Gli elementi più pesanti del ferro osservati nelle stelle, come stagno, argento, oro e piombo, possono essere riprodotti teoricamente attraverso due processi di cattura neutronica: il processo s (slow) e il processo r (rapid). Il processo s produce circa la metà degli elementi più pesanti del ferro presenti nell’universo, tra cui il cerio. La sezione d’urto misurata a n_Tof è stata determinata con un’accuratezza inferiore al 5 per cento, permettendo di identificare risonanze nucleari mai osservate prima nell’intervallo di energie coinvolte nella produzione del cerio nelle stelle.
La scoperta ha aperto nuovi interrogativi sulla natura e sulla composizione chimica dell’universo, in particolare sulla discrepanza tra le previsioni sulla quantità di cerio sintetizzata nelle stelle e le osservazioni spettroscopiche di stelle arricchite dal processo s nell’ammasso globulare M22. I nuovi dati nucleari suggeriscono una riduzione del 20 per cento del contributo del processo s all’abbondanza di cerio nella galassia, con implicazioni significative per la comprensione dell’evoluzione chimica galattica e la composizione di elementi più pesanti.
La ricerca influenzerà i modelli stellari, migliorando le stime teoriche dell’abbondanza di cerio nelle stelle e fornendo dati fisici di alta precisione utili per minimizzare le incertezze presenti nei calcoli teorici stellari. Questi dati potrebbero essere utilizzati come “cartina di tornasole” per identificare i dati spettroscopici migliori nelle grandi campagne osservative come Gaia, Apogee e Galah.