Misura del fattore astrofisico Misura del fattore astrofisico per la reazione per la reazione 1111B(p,B(p,00))88Be Be

tramite il metodo indiretto del tramite il metodo indiretto del Trojan HorseTrojan Horse

V Riunione Nazionale di V Riunione Nazionale di Astrofisica Nucleare Astrofisica Nucleare

Teramo 20-22 Aprile 2005Teramo 20-22 Aprile 2005

Livio Lamia

Gli elementi Leggeri in Astrofisica: Litio, Berillio e Boro (I)

Li,B

e,B

Defici

ency

Be-deficiency

LiBeB

• Recenti osservazioni sull’ammasso aperto di Praesepe (~ 600 My) hanno messo in evidenza la presenza di depletion del berillio nel range di temperature 5600-7500K (Boesgaard et al. 2004) per stelle di tipo F.

Li Be

A(L

i)

A(B

e)

Teff(K)

Osservazioni su AA e stelle di popolazione I

Inoltre da osservazioni su stelle di popolazione I (5800<Teff (K)<6500) e

circa una massa solare si ricava l’andamento mostrato in figura per le

abbondanze superficiali di litio, berillio e boro (Boesgaard et al. 1998).

Tale andamento è concorde con la presenza di processi di slow-mixing non standard negli interni stellari.

Gli elementi Leggeri in Astrofisica: Litio, Berillio e Boro (II)

Evoluzione Chimica della Galassia; Nucleosintesi Primordiale & Processi di Spallazione su ISM; Struttura interna stellare

LiBeB vengono principalmente distrutti tramite reazioni (p,α). Esse si innescano a T>2.5 ∙106 K per il Li, T>3.5 ∙106 K per il Be, T>5 ∙106 K per il B. Possibili meccanismi di

rimescolamento non standard (diffusione microscopica, circolazione meridiana, slow-mixing processes)

Sezioni d’urto di Sezioni d’urto di reazionereazione 77Li(p,Li(p,))44He & He &

66Li(p,Li(p,))33He He 99Be(p,Be(p,))66LiLi

1111B(p,B(p,))88Be & Be & 1010B(p,B(p,))77Be Be

Misure dirette in Astrofisica Nucleare: problematiche teorico-sperimentali

V

EC

(MeV)

10-9:10-12 barn!!!

Coda di risonanza

S(E) = (E)Eexp(2)

Risonanze sotto-soglia

Er E

estrapolazioniMisure dirette

0

S(E)

Processi non risonanti

Screening elettronicofscexp(Ue/E) • CD, ANC studio di reazioni

coinvolgenti fotoni;

•THMTHM studio di reazioni studio di reazioni tra particelle cariche.tra particelle cariche.d(3He,p)4H

e

I Metodi Indiretti: Trojan Horse Method

Consente lo studio della generica reazione di interesse astrofisico x(A,C)c selezionando opportunamente il contributo quasi-libero di un’opportuna reazione a tre corpi a(A,Cs)c indotta ad energie maggiori rispetto all’altezza della barriera coulombiana.

N

d

dSpKF

Cdc

dc

dE

d

2)(

3

Reazione Reazione virtualevirtuale

Break-upBreak-up1. Struttura a cluster nucleo a=x+s;

2. Break-up quasi-libero di a;

4. Descrizione in approssimazione impulsiva (IA);

3. “s” spettatore del processo virtuale x(A,C)c;

5. La reazione x(A,C)c è indotta ad energia Ecm=EcC-Q2body (post-collision prescription)

occorre introdurre la funzione di penetrabilità !!!

VantaggiVantaggi: no soppressione barriera coulombiana, no screening elettronico, no estrapolazioni.LimitiLimiti: test di validità sopra barriera coulombiana, normalizzazione ai dati diretti, introduzione della funzione di penetrabilità.

Risultati del THM: reazioni di interesse astrofisico per gli elementi leggeri 7Li(p,α)4He via THM application

to 7Li(d, αα)n reaction (Lattuada M. et al.: 2001 Ap. J., 562, 1076)

6Li(p,α)3He via THM application to 6Li(d, α3He)n reaction

11B(p,α0)8Be via THM application to 11B(d, α0

8Be)n reaction

7Li(p,α)4He

THM dataDirect data

(A. Tumino et al.: 2003, Phys. Rev. C. 67, 065803)

(Spitaleri C. et al.: 2004, Phys. Rev. C. 69, 055806)

11B(p,α0)8BeTHM dataDirect data

6Li(p,α)3He6Li(p,α)3HeTHM dataTHM data

Direct data Direct data

Studio della reazione 1111B(p,B(p,00))88BeBe tramite applicazione del THM alla reazione 22H(H(1111B,B,00

88Be)nBe)n

Il deuterio funge da Trojan Horse. La distribuzione di impulsi del neutrone in 2H è nota ed è massima per PS= 0MeV/c.

Per lo studio della 1111B(p,B(p,))88Be Be (Q=6.36 MeV) si seleziona la reazione 22H(H(1111B,B,88Be)nBe)n (Q=8.59MeV, Ecoul= 1.3

MeV);

2H

p11B

n

8Be

α

I

II

Esperimento condotto ai LNS nel Dicembre 2002 (Tandem & Camera2000); Ebeam(11B)=27 MeV & Ibeam(11B)=2-5 nA; Spessore target CD2 190 µg/cm2; Disposizione rivelatori attorno agli angoli quasi-liberi.

Ricostruzione del 8Be e selezione degli eventi corrispondenti alla reazione 2H(11B,α0

8Be)nDecadimento del 8Be(g.s.) in 2 alfa (Qdec ~ 90 keV) rivelate in coincidenza temporale sul DPSD (Dual Position Sensitive Detector)

8Be(g.s.)

Ricostruzione dell’energia relativa tra le alfa di decadimento

Eα(MeV)

E8B

e(M

eV)

Luogo cinematico

Picco di Q-valore per la reazione a tre corpi (Qth=6.36 MeV)

Presenza del meccanismo quasi-libero (I): correlazioni angolari

Correlazioni

angolariLa presenza di un enhancement dei conteggi nelle regioni angolari prossime a quelle quasi-libere è associabile alla presenza del meccanismo quasi-libero sui dati.

Condizione necessaria per la presenza del

meccanismo

Studio della variabile EαBe in funzione dell’impulso del neutrone spettatore

Il meccanismo quasi-libero è correlato con l’impulso della particella spettatrice. La presenza di un livello energetico per determinati valori di tale impulso indica una possibile correlazione tra EαBe e |Ps|

Evidenza della correlazione tra il

livello del 12C @ 16.106 MeV e |Ps|

0<|PS|(MeV/c)<20

20<|PS|(MeV/c)<40

40<|PS|(MeV/c)<60

Selezione del meccanismo quasi-libero: distribuzione di impulsi

Φ(PS) =ab(a+b)

(a-b)22π1 1

a2+PS2 b2+PS

2

1

La presenza del meccanismo quasi-presenza del meccanismo quasi-libero può verificarsilibero può verificarsi ricostruendoricostruendo la distribuzione di impulsidistribuzione di impulsi del neutrone spettatore nel deuterio a partire dai dati sperimentali. ConfrontoConfronto dei dati sperimentali (punti neri) con la distribuzione di impulsi teorica del “n” nel 2H data in termini della funzione di Hulthén (a=0.2317 fm-1, b=1.202 fm-1):

Condizione necessaria per la Condizione necessaria per la selezione del meccanismo QF.selezione del meccanismo QF.

Test di validità I: distribuzioni angolari e confronto con i dati diretti

Selezione di alcune regioni in ECM (ΔECM=100 keV) ed estrazione delle distribuzioni angolari per la 11B(p,α0)8Be. Le distribuzioni angolari per i dati indiretti vengono quindi normalizzate e confrontate con quelle estratte dalle misure dirette.

Test di validità del metodoTest di validità del metodoθCM(deg)

θCM(deg)

THM Data

Test di validità II: funzione di

eccitazioneNelle ipotesi di PWIA la sezione d’urto della reazione a tre corpi 2H(11B,α0

8Be)n è legata alla sezione d’urto a due corpi 11B(p,α0)8Be

d3σ

dΩα dΩ8BedEcm

∝dσN

KF · |Φ(Ps)|2 ·

dΩ KF · |Φ(Ps)|2

dΩα dΩ8BedEcm

d3σ

dσN

dΩ∝

ECM= EαBe-Q2body

ParametroParametro ValoreValore Incertezza Incertezza ((±±))

aa00 0.3109 (MeV b)0.3109 (MeV b) 0.0460.046

aa11 3.001 (b)3.001 (b) 0.3350.335

aa22 -2.277(b/MeV) -2.277(b/MeV) 0.4080.408

aa33 3.599 (MeV b)3.599 (MeV b) 0.1480.148

aa44 0.164 (MeV)0.164 (MeV) 0.0020.002

aa55 0.055 (MeV)0.055 (MeV) 0.0020.002

Estrazione del fattore astrofisico per la reazione 1111B(p,B(p,00))88BeBe in PWIA

Per poter confrontare i dati estratti col THM con i dati diretti presenti in letteratura occorre introdurre la penetrabilità attraverso la barriera coulombiana. Estrazione del S(E)=(E)Eexp(2); Presenza di una risonanza sotto-barriera (16.106 MeV 12C); Test di validità del THMTest di validità del THM.

Estrazione del fattore astrofisico per la reazione 1111B(p,B(p,00))88BeBe in MPWBA

In una simile descrizione gli effetti di penetrabilità per la barriera coulombiana e gli effetti di off-energy shell vengono tenuti in considerazione per la fattorizzazione della sezione durto a tra corpi (Typel & Wolter 2000, Typel & Baur 2003).

ParametrParametroo

ValoreValore IncertezzaIncertezza ((±±))

aa00 1.071 (MeV b)1.071 (MeV b) 0.1010.101

aa11 -0.205 (b)-0.205 (b) 0.4090.409

aa22 1.089(b/MeV) 1.089(b/MeV) 0.4160.416

aa33 3.718 (MeV b)3.718 (MeV b) 0.1290.129

aa44 0.160 (MeV)0.160 (MeV) 0.0020.002

aa55 0.049 (MeV)0.049 (MeV) 0.0020.002

S(0)THMPWIA=0.352±0.05 ± sist

(MeV b)S(0)THMMPWBA=1.091 ± 0.101 ± sist

(MeV b)S(0)dir=2.1 (MeV b) (Becker et al., 1987) Screening elettronico;

Dati diretti fino a 50kev

PWIAMPWBA

Studio della reazione 99Be(p,Be(p,))66LiLi tramite applicazione del THM alla reazione 22H(H(99Be,Be,66Li)nLi)n

Per lo studio della 99Be(p,Be(p,))66Li Li (Q= 2.25 MeV) si seleziona la reazione 22H(H(99Be,Be,66Li)nLi)n (Q=-0.1MeV, Ecoul=1.23 MeV);

2H

p9Be

n

6Li

α

I

II

Esperimento condotto ai LNS nel Febbraio 2003 (Tandem & Camera2000); Ebeam(9Be)=22 MeV & Ibeam(9Be)=2-5 nA; Spessore target CD2 190 µg/cm2;

THM Directdata

Risultati Risultati

preliminari!!!

preliminari!!!

Studio della reazione 1010B(p,B(p,))77Be tramite applicazione del THM alla reazione 22H(H(1010B,B,77Be)nBe)n Per lo studio della 1010B(p,B(p,))77Be Be (Q=

1.44 MeV) si seleziona la reazione 22H(H(1010B,B,77Be)nBe)n (Q=-0.76MeV, Ecoul=1.23

MeV);

2H

p10B

n

7Be

α

I

II

Esperimento condotto al USP (Departamento de Fisica, Sao Paulo) nell’Aprile 2005; Ebeam(10B)=27 MeV & Ibeam(10B)=1-2 nA; Contributo di screening elettronico e di coda di risonanza (8.70 MeV 11C)

extrapolationTHM ECM window

Work in Work in progressprogress……E1(ch)

E2(ch)

C.Spitaleri, S. Cherubini, A. Del Zoppo, P. Figuera, M. Gulino, M. La Cognata, L. Lamia, F. Mudo, A. Musumarra, R.G. Pizzone, G. Rapisarda, S.

Romano, L. Sergi, S. Tudisco, A. Tumino+++nallyI N F N, Laboratori Nazionali del Sud, Catania, Italy

Università di Catania, Italy

C. Rolfs Institut für Experimentalphysik III- Ruhr Universität Bochum, Germany

S. Blagus, M. Milin, D. RendićRuđer Bošković Insitute , Zagreb, Croatia

V. KrohaNuclear Physics Institute, Rez, Czech Republic

S.KubonoCNS- Tokyo University, Tokyo, Japan

T. MotobayashiRiken, Japan

B. Tribble, A. Zhanov Texas A&M Cyclotron Institute, College Station, USA

A. Santoz de Toledo and his groupUSP, Departamento de Fisica Nuclear, Sao Paulo, Brasil