LA NUCLEOSINTESI PRIMORDIALE RIPRODOTTA IN LABORATORIO: IL PROBLEMA DEL LITIO
L’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), finanziato dall’INFN, si occupa della misura diretta di sezioni d’urto di reazioni termonucleari di interesse astrofisico.
Un acceleratore installato presso i Laboratori sotterranei del Gran Sasso produce fasci di protoni o particelle alfa che vengono fatti incidere su bersagli gassosi o solidi e i prodotti della reazione nucleare rivelati da opportuni apparati.
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Recentemente è stata riprodotta in laboratorio la reazione nucleare che, durante la nucleosintesi primordiale, sintetizzò l’elemento Litio-6. L’esperimento è stato possibile grazie ai quasi 1400 metri di roccia che schermano i Laboratori sotterranei del Gran Sasso rispetto alla radiazione cosmica incidente sulla Terra: tale radiazione non avrebbe permesso la misura di un segnale molto debole come quello della reazione nucleare in questione.
I risultati dell’esperimento, pubblicati a luglio su Physical Review Letters, confermano l’esistenza del “problema del litio”, una discrepanza tra la quantità di Litio che si pensa sia stata prodotta durante i primi istanti dell’Universo, circa 14 miliardi di anni fa, e quella che si osserva in alcune stelle molto antiche.
Gli elementi più leggeri quali deuterio (“idrogeno pesante”), elio e litio si formarono infatti pochi minuti dopo il “Big Bang” quando il cosmo in espansione si raffreddò a sufficienza da consentire ai protoni ed ai neutroni di fondersi nei primi elementi. La teoria che descrive tale formazione, detta “nucleosintesi primordiale”, fornisce correttamente le abbondanze di deuterio ed elio che gli astronomi osservano negli spettri delle stelle antiche mentre non è in grado di prevedere correttamente la quantità di Litio. In particolare, per il Litio 6, composto da 3 protoni e tre neutroni, la quantità osservata è circa 1000 volte maggiore di quella prevista.
Per cercare di spiegare tale discrepanza gli scienziati della collaborazione Luna hanno deciso di verificare la correttezza della teoria della nucleosintesi primordiale per la produzione di Litio-6 ricreando nei Laboratori sotterranei del Gran Sasso le condizioni primordiali di energia dei primi minuti dopo il big Bang e misurando la sezione d’urto della reazione che produce il Litio-6.
La misura effettuata conferma che la produzione del Litio-6 è in accordo con la teoria. Sarà quindi necessario trovare nuovi meccanismi che possano spiegare perché le osservazioni astronomiche diano un’abbondanza del Litio-6 almeno 1000 volte superiore a tale valore. Si aprono scenari per una nuova fisica oltre il modello standard.
http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.042501
Alessandra Guglielmetti per la collaborazione LUNA