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Misura del fattore astrofisico per la reazione 11 B(p, 0 ) 8 Be tramite il metodo indiretto del Trojan Horse V Riunione Nazionale di Astrofisica Nucleare.

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1 Misura del fattore astrofisico per la reazione 11 B(p, 0 ) 8 Be tramite il metodo indiretto del Trojan Horse V Riunione Nazionale di Astrofisica Nucleare Teramo Aprile 2005 Livio Lamia

2 Gli elementi Leggeri in Astrofisica: Litio, Berillio e Boro (I) Li,Be,B Deficiency Be-deficiency Li Be B Recenti osservazioni sullammasso aperto di Praesepe (~ 600 My) hanno messo in evidenza la presenza di depletion del berillio nel range di temperature K (Boesgaard et al. 2004) per stelle di tipo F. Li Be A(Li) A(Be) T eff (K) Osservazioni su AA e stelle di popolazione I Inoltre da osservazioni su stelle di popolazione I (5800

3 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> K per il Li, T> K per il Be, T> K per il B. Possibili meccanismi di rimescolamento non standard (diffusione microscopica, circolazione meridiana, slow-mixing processes) Sezioni durto di reazione 7 Li(p, ) 4 He & 6 Li(p, ) 3 He 7 Li(p, ) 4 He & 6 Li(p, ) 3 He 9 Be(p, ) 6 Li 9 Be(p, ) 6 Li 11 B(p, ) 8 Be & 10 B(p, ) 7 Be 11 B(p, ) 8 Be & 10 B(p, ) 7 Be

4 Misure dirette in Astrofisica Nucleare: problematiche teorico-sperimentali V E C (MeV) : barn!!! Coda di risonanza S(E) = (E)Eexp(2 ) Risonanze sotto- soglia ErEr E estrapolazioni Misure dirette 0 S(E) Processi non risonanti Screening elettronico f sc exp( Ue/E) CD, ANC studio di reazioni coinvolgenti fotoni; THM studio di reazioni tra particelle cariche. THM studio di reazioni tra particelle cariche. d( 3 He,p) 4 He

5 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 unopportuna reazione a tre corpi a(A,Cs)c indotta ad energie maggiori rispetto allaltezza della barriera coulombiana. Reazione virtuale Break-up 1.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 E cm =E cC -Q 2body (post-collision prescription) occorre introdurre la funzione di penetrabilità !!! Vantaggi Vantaggi: no soppressione barriera coulombiana, no screening elettronico, no estrapolazioni. Limiti Limiti: test di validità sopra barriera coulombiana, normalizzazione ai dati diretti, introduzione della funzione di penetrabilità.

6 Risultati del THM: reazioni di interesse astrofisico per gli elementi leggeri 7 Li(p, α ) 4 He via THM application to 7 Li(d, αα )n reaction (Lattuada M. et al.: 2001 Ap. J., 562, 1076) 6 Li(p, α ) 3 He via THM application to 6 Li(d, α 3 He)n reaction 11 B(p, α 0 ) 8 Be via THM application to 11 B(d, α 0 8 Be)n reaction 7 Li(p, α ) 4 He THM data Direct data (A. Tumino et al.: 2003, Phys. Rev. C. 67, ) (Spitaleri C. et al.: 2004, Phys. Rev. C. 69, ) 11 B(p, α 0 ) 8 Be THM data Direct data 6 Li(p, α ) 3 He THM data Direct data

7 11 B(p, 0 ) 8 Be 2 H( 11 B, 0 8 Be)n Studio della reazione 11 B(p, 0 ) 8 Be tramite applicazione del THM alla reazione 2 H( 11 B, 0 8 Be)n Il deuterio funge da Trojan Horse. La distribuzione di impulsi del neutrone in 2 H è nota ed è massima per P S = 0MeV/c. 11 B(p, ) 8 Be 2 H( 11 B, 8 Be)n Per lo studio della 11 B(p, ) 8 Be ( Q=6.36 MeV ) si seleziona la reazione 2 H( 11 B, 8 Be)n ( Q=8.59MeV, E coul = 1.3 MeV ); 2H2H p 11 B n 8 Be α I II Esperimento condotto ai LNS nel Dicembre 2002 (Tandem & Camera2000); E beam ( 11 B)=27 MeV & I beam ( 11 B)=2-5 nA; Spessore target CD µg/cm 2 ; Disposizione rivelatori attorno agli angoli quasi-liberi.

8 Ricostruzione del 8 Be e selezione degli eventi corrispondenti alla reazione 2 H( 11 B, α 0 8 Be)n Decadimento del 8 Be(g.s.) in 2 alfa (Q dec ~ 90 keV) rivelate in coincidenza temporale sul DPSD (Dual Position Sensitive Detector) 8 Be (g.s.) Ricostruzione dellenergia relativa tra le alfa di decadimento E α (MeV) E 8Be (MeV) Luogo cinematico Picco di Q-valore per la reazione a tre corpi (Q th =6.36 MeV)

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

10 Studio della variabile E α Be in funzione dellimpulso del neutrone spettatore Il meccanismo quasi-libero è correlato con limpulso della particella spettatrice. La presenza di un livello energetico per determinati valori di tale impulso indica una possibile correlazione tra E α Be e |P s | Evidenza della correlazione tra il livello del MeV e |P s | 0<|P S |(MeV/c)<20 20<|P S |(MeV/c)<40 40<|P S |(MeV/c)<60

11 Selezione del meccanismo quasi-libero: distribuzione di impulsi Φ(P S ) = ab(a+b) (a-b) 2 2π2π 1 1 a 2 +P S 2 b 2 +P S 2 1 presenza del meccanismo quasi-libero può verificarsiricostruendodistribuzione di impulsi La presenza del meccanismo quasi-libero può verificarsi ricostruendo la distribuzione di impulsi del neutrone spettatore nel deuterio a partire dai dati sperimentali. Confronto Confronto dei dati sperimentali (punti neri) con la distribuzione di impulsi teorica del n nel 2 H data in termini della funzione di Hulthén (a= fm -1, b=1.202 fm -1 ): Condizione necessaria per la selezione del meccanismo QF.

12 Test di validità I: distribuzioni angolari e confronto con i dati diretti Selezione di alcune regioni in E CM (ΔE CM =100 keV) ed estrazione delle distribuzioni angolari per la 11 B(p,α 0 ) 8 Be. Le distribuzioni angolari per i dati indiretti vengono quindi normalizzate e confrontate con quelle estratte dalle misure dirette. Test di validità del metodo θ CM (deg) THM Data

13 Test di validità II: funzione di eccitazione Nelle ipotesi di PWIA la sezione durto della reazione a tre corpi 2 H( 11 B, α 0 8 Be)n è legata alla sezione durto a due corpi 11 B(p, α 0 ) 8 Be d3σd3σ dΩ α dΩ 8Be dE cm dσNdσN KF · |Φ(P s )| 2 · dΩdΩ KF · |Φ(Ps)| 2 dΩ α dΩ 8Be dE cm d3σd3σ dσNdσN dΩdΩ E CM = E αBe -Q 2body

14 ParametroValore Incertezza ( ± ) a0a0a0a (MeV b) a1a1a1a (b) a2a2a2a (b/MeV)0.408 a3a3a3a (MeV b) a4a4a4a (MeV) a5a5a5a (MeV) B(p, 0 ) 8 Be Estrazione del fattore astrofisico per la reazione 11 B(p, 0 ) 8 Be 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 ( MeV 12 C); Test di validità del THM Test di validità del THM.

15 11 B(p, 0 ) 8 Be Estrazione del fattore astrofisico per la reazione 11 B(p, 0 ) 8 Be 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).ParametroValore Incertezza ( ± ) a0a0a0a (MeV b) a1a1a1a (b) a2a2a2a21.089(b/MeV)0.416 a3a3a3a (MeV b) a4a4a4a (MeV) a5a5a5a (MeV) S(0) THM PWIA =0.352±0.05 ± sist (MeV b) S(0) THM MPWBA =1.091 ± ± sist (MeV b) S(0) dir =2.1 (MeV b) (Becker et al., 1987) Screening elettronico; Dati diretti fino a 50kev PWIA MPWBA

16 9 Be(p, ) 6 Li 2 H( 9 Be, 6 Li)n Studio della reazione 9 Be(p, ) 6 Li tramite applicazione del THM alla reazione 2 H( 9 Be, 6 Li)n 9 Be(p, ) 6 Li 2 H( 9 Be, 6 Li)n Per lo studio della 9 Be(p, ) 6 Li ( Q= 2.25 MeV ) si seleziona la reazione 2 H( 9 Be, 6 Li)n ( Q=-0.1MeV, E coul =1.23 MeV ); 2H2H p 9 Be n 6 Li α I II Esperimento condotto ai LNS nel Febbraio 2003 (Tandem & Camera2000); E beam ( 9 Be)=22 MeV & I beam ( 9 Be)=2-5 nA; Spessore target CD µg/cm 2 ; THM Direct data Risultati preliminari!!!

17 10 B(p, ) 7 2 H( 10 B, 7 Be)n Studio della reazione 10 B(p, ) 7 Be tramite applicazione del THM alla reazione 2 H( 10 B, 7 Be)n 10 B(p, ) 7 Be 2 H( 10 B, 7 Be)n Per lo studio della 10 B(p, ) 7 Be ( Q= 1.44 MeV ) si seleziona la reazione 2 H( 10 B, 7 Be)n ( Q=-0.76MeV, E coul =1.23 MeV ); 2H2H p 10 B n 7 Be α I II Esperimento condotto al USP (Departamento de Fisica, Sao Paulo) nellAprile 2005; E beam ( 10 B)=27 MeV & I beam ( 10 B)=1-2 nA; Contributo di screening elettronico e di coda di risonanza (8.70 MeV 11 C) extrapolation THM E CM window Work in progress… E1(ch) E2(ch)

18 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+++nally I 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. Rendić Ruđer Bošković Insitute, Zagreb, Croatia V. Kroha Nuclear Physics Institute, Rez, Czech Republic S.Kubono CNS- Tokyo University, Tokyo, Japan T. Motobayashi Riken, Japan B. Tribble, A. Zhanov Texas A&M Cyclotron Institute, College Station, USA A.Santoz de Toledo and his group USP, Departamento de Fisica Nuclear, Sao Paulo, Brasil


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