I materiali nanostrutturati rivelano come si formano gli elementi pesanti nelle collisioni delle stelle di neutroni

Nelle collisioni delle stelle di neutroni vanno a formarsi gli elementi pesanti. Ecco cosa dice la recente scoperta di alcuni fisici.

Un team di fisici ha misurato per la prima volta una reazione nucleare che può verificarsi nelle collisioni tra stelle di neutroni, fornendo dati sperimentali diretti su un processo che fino ad ora era stato solo teorizzato. Questo studio, guidato dall’Università del Surrey in collaborazione con l’Università di York, l’Università di Siviglia e TRIUMF (il centro nazionale canadese per l’accelerazione delle particelle), offre nuove prospettive sulla formazione degli elementi più pesanti dell’universo e potrebbe avere implicazioni anche per la fisica dei reattori nucleari.

L’esperimento ha segnato la prima misurazione della sezione d’urto di una reazione del processo r-debole utilizzando un fascio di ioni radioattivi, analizzando in particolare la reazione 94Sr(α,n)97Zr. In questa reazione, uno ione radioattivo di stronzio-94 assorbe una particella alfa (un nucleo di elio), emette un neutrone e si trasforma in zirconio-97.

Lo studio, pubblicato come Editors’ Suggestion sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, fornisce dati sperimentali fondamentali per verificare le teorie sulla nucleosintesi degli elementi pesanti. Secondo il dottor Matthew Williams, autore principale della ricerca, questi processi sono stati osservati nelle stelle antiche, vere e proprie “fossili celesti” che conservano le tracce chimiche di eventi catastrofici come supernovae o fusioni di stelle di neutroni.

Un aspetto innovativo dell’esperimento è stato l’uso di bersagli di elio realizzati con nanomateriali. Poiché l’elio è un gas nobile e quindi non può essere facilmente usato come bersaglio solido, i ricercatori dell’Università di Siviglia hanno sviluppato una tecnologia avanzata: hanno intrappolato l’elio in sottilissimi film di silicio, formando miliardi di minuscole bolle di elio, ognuna grande solo poche decine di nanometri.

Una nuova tecnologia

Grazie alla tecnologia avanzata di fasci ionici radioattivi di TRIUMF, il team ha accelerato gli isotopi di stronzio-94 e li ha fatti interagire con questi bersagli, simulando le condizioni estreme che si verificano nell’universo durante eventi catastrofici.

Oltre alle implicazioni per l’astrofisica, questa ricerca potrebbe avere un impatto significativo sulla progettazione dei reattori nucleari. Infatti, gli isotopi radioattivi simili a quelli studiati si formano continuamente nei reattori, ma finora è stato difficile analizzarne il comportamento. Conoscere meglio queste reazioni può aiutare a prevedere la durata dei componenti dei reattori e a progettare sistemi più efficienti e sicuri.

Il futuro di queste scoperte

Il prossimo passo della ricerca sarà applicare questi dati ai modelli astrofisici, per comprendere meglio la formazione degli elementi più pesanti e approfondire sia la fisica estrema delle fusioni di stelle di neutroni sia le applicazioni pratiche nella tecnologia nucleare. Questa scoperta potrebbe avere implicazioni anche per la ricerca sulla materia nucleare in condizioni estreme, come quelle presenti all’interno delle stelle di neutroni o nei primi istanti dopo il Big Bang.

Comprendere meglio le reazioni nucleari che avvengono in ambienti così estremi potrebbe fornire nuovi indizi sulla struttura interna delle stelle di neutroni, sulla formazione degli elementi chimici nell’universo primordiale e persino su fenomeni ancora poco compresi, come le onde gravitazionali generate dalle fusioni di stelle di neutroni. Questi studi rappresentano un ponte tra l’astrofisica teorica e gli esperimenti di laboratorio, avvicinando gli scienziati a una comprensione più profonda delle leggi fondamentali che governano l’universo.