Quando le stelle finiscono il loro combustibile nucleare, muoiono dando origine a spettacolari esplosioni (Supernovae), nelle quali disperdono nello spazio gli elementi chimici sintetizzati nei loro nuclei.

Questo materiale si riunisce in nubi di gas, che lentamente collassano dando origine a nuove generazioni di stelle, producendo una evoluzione ciclica ancora attiva ai nostri giorni.Il ferro presente nel nostro sangue, l’ossigeno che respiriamo, il carbonio e l’azoto nei nostri tessuti e il calcio nelle nostra ossa si sono originati nel centro di una stella, nelle profondità della nostra Galassia, in un passato migliaia di volte più remoto dell’inizio dell’evoluzione umana. Per raggiungere una conoscenza approfondita della nostra eredità cosmica è necessario combinare la Fisica Nucleare, la Fisica dei plasmi e l’Astrofisica, che si riuniscono in un’unica disciplina nota come Astrofisica Nucleare. I processi nucleari sono la base di questo campo: essi influenzano la sintesi degli elementi e determinano l’evoluzione delle stelle.

L'esperimento LUNA, situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, studia le reazioni alla base della combustione dell’idrogeno, attiva nel centro del sole. Ha dato un contributo fondamentale nella quantificazione del numero di neutrini emessi dal sole, dato indispensabile per lo studio di queste particelle e ha contribuito a determinare l’età degli ammassi globulari, che rappresenta l’unica stima indipendente dalla teoria della relatività generale dell’età dell’universo. G. Imbriani (responsabile locale), A. Di Leva ed O. Straniero partecipano all’esperimento. Per chi vuole approfondire luna.lngs.infn.it/, iopscience.iop.org/0034-4885/72/8/086301.

L’esperimento ERNA, situato presso il Laboratorio CIRCE (Center for Isotopic Research on Cultural and Environmental heritage) di Caserta studia principalmente i processi di produzione di carbonio e ossigeno nelle stelle, grazie ad un complesso apparato di assoluta avanguardia tecnologica. I suoi risultati hanno consentito di determinare meglio la “vita” di una stella più pesante del sole nel corso delle combustioni successive a quella dell’idrogeno fino all’esplosione come Supernova. S. Cristallo, G. De Stefano, A. Di Leva, A. D’Onofrio, L. Gialanella (responsabile nazionale), G. Imbriani, L. Piersanti, A. Pezzella, E. Roca,  M. Romoli, F. Sabbarese, O. Straniero e  F. Terrasi partecipano all'esperimento.

L'esperimento EXOTIC - Studio dei nuclei esotici: Dei nuclei noti (circa 3000), solo una piccola parte (287) corrisponde a nuclei stabili primordiali esistenti in natura, il resto corrisponde a nuclei esotici. Gli attuali modelli nucleari prevedono l’esistenza di circa 6000 specie nucleari. I nuclei esotici hanno una bassa energia di legame che gli conferisce delle proprietà del tutto nuove rispetto ai nuclei stabili (dimensione anomala, pelle di neutroni, alone, numeri magici nuovi). Inoltre, i principali processi per la produzione di elementi chimici pesanti nelle stelle avviene con nuclei radioattivi in ambienti astrofisici esplosivi (alte temperature e alte densità), quindi la formazione degli elementi chimici e la loro abondanza sono determinate essenzialmente dalle proprietà dei nuclei esotici. Nell’ambito dell’esperimento EXOTIC, i ricercatori di Napoli hanno sviluppato, in collaborazione con ricercatori di Padova e di Milano, una struttura presso i Laboratori Nazionali di Legnaro che produce in volo fasci di nuclei radioattivi leggeri con ottime caratteristiche, mediante  reazioni in cinematica inversa indotte dai fasci dell’acceleratore Tandem-XTU su bersagli gassosi. Nell’ambito di questo esperimento si studia la struttura dei nuclei radioattivi prodotti, la loro dinamica in reazioni nucleari con diversi nuclei bersaglio e si realizzano misure che permettono la comprensione di processi astrofisici esplosivi nei quali questi nuclei sono coinvolti. Una seconda linea di ricerca dell’esperimento EXOTIC è lo studio dei moti collettivi del nucleo atomico. Il comportamento collettivo è una proprietà generale di sistemi con molti gradi di libertà. Il nucleo atomico illustra molto bene il paradosso di questi sistemi che sono capaci di auto-organizzarsi in moti semplici collettivi nonostante la loro complessità intrinseca li assocerebbe ad un comportamento caotico e disordinato. Partecipano all’esperimento:

Sezione di Napoli: M. La Commara, G. La Rana, C. Parascandolo, D. Pierroutsakou (responsabile nazionale) 

Sezione di Padova: M. Mazzocco, C. Signorini, F. Soramel, E. Strano, D. Torresi

I ricercatori di Napoli collaborano inoltre al progetto di una nuova struttura (SPES http://www.lnl.infn.it/~spes/) per la produzione di ioni radioattivi di seconda generazione, che permetterà di investigare zone della carta dei nuclei al momento inaccessibili (terra incognita). SPES è in fase di costruzione presso i Laboratori Nazionali di Legnaro e fornirà fasci di alta intensità di nuclei radioattivi ricchi di neutroni con masse 80<A<130. Questi fasci daranno la possibilità di studiare l’evoluzione stellare e l’abbondanza degli elementi nell’universo, nonché il comportamento della materia nucleare con rapporto di neutroni su protoni molto elevato. Coordinatore dello Steering Committee del progetto SPES è G. La Rana.

L'esperimento NUCL-EX.SPERIM - Studio della fissione dei nuclei atomici e della formazione degli elementi super-pesanti (http://www.bo.infn.it/nucl-ex/)

Nell’ambito di questa linea di ricerca, i fisici realizzano esperimenti presso i Laboratori Nazionali di Legnaro con l’apparato 8pLP, adatto alla rivelazione di particelle cariche e frammenti pesanti. L’obiettivo è di studiare proprietà della materia nucleare e del processo di fissione ancora sconosciute quali la natura della viscosità della materia nucleare e la sua dipendenza dalla forma e dalla temperatura nucleare. Il gruppo è inoltre impegnato in esperimenti mirati alla scoperta di nuove strade per la sintesi di elementi super-pesanti (Z > 110, N>170), situati nella parte superiore della carta dei nuclidi, una zona inesplorata ed impossibile da raggiungere con metodi convenzionali di fusione nucleare. Si potranno cosi esplorare concetti come “numeri magici” e “isola di stabilità” che contribuiranno a spiegare perché alcuni nuclei sono più stabili di altri. Inoltre questi studi daranno la possibilità di verificare quegli stessi modelli della struttura dei nuclei atomici che prevedono l’esistenza dei nuclei super-pesanti. Partecipano all’esperimento G. La Rana e E. Vardaci (responsabile locale).

L'esperimento NUCL-EX.FAZIA 

(http://fazia2.in2p3.fr/spip/spip.php?rubrique11)

Il progetto FAZIA ragruppa più di 10 Istituzioni nell'aria di fisica nucleare di reazioni indotte da ioni pesanti ad energie incidenti attorno e inferiori all'energia di Fermi (10-100AMeV). Lo scopo del progetto è di costruire un rivelatore a 4π per la rivelazione di particlelle cariche, con alta granularità e ottima risoluzione energetica, in massa e in carica.  Il rivelatore FAZIA sarà usato con fasci di ioni stabili e radioattivi prodotti a LNL-Legnaro, LNS-Catania, GANIL-SPIRAL and SPIRAL2 in Francia, GSI-FAIR in Germania oppure a EURISOL, la facility europea per la produzione di fasci radioattivi che sarà costruita al 2020. La fisica che sarà studiata è relativa alla Dinamica e Termodinamica dei nuclei esotici, esplorando il grado di libertà dell'isospin il suo ruolo nell'Equazione di Stato della Materia nucleare. Partecipano al progetto M. La Commara, I. Lombardo, A. Ordine, G. Spadaccini e M. Vigilante (responsabile locale). 

L'esperimento NEWCHIM   - Studio della frammentazione dei nuclei atomici (stabili e radioattivi) (https://192.84.151.50/joomla/)

Facendo uso di apparati di rivelazione di particelle cariche di elevata copertura angolare e di elevata granularità (rivelatore CHIMERA presso i Laboratori Nazionali del Sud e INDRA in Francia), i ricercatori di Napoli realizzano esperimenti di collisione di nuclei stabili e radioattivi su nuclei bersaglio di diverse masse per studiare la dinamica e la termodinamica della materia nucleare ad energie incidenti intorno all’energia di Fermi, l’equazione di stato della materia nucleare a densità superiori alla densità di saturazione, la transizione di fase di primo ordine della materia nucleare, il ruolo dell’isospin e la funzione di correlazione a molte particelle. Inoltre, si interessano a effetti di cluster in nuclei leggeri mediante reazioni nucleari di bassa energia. Partecipano all’esperimento I. Lombardo (responsabile locale), A. D’Onofrio, M. La Commara, A. Ordine, G. Spadaccini, e M. Vigilante.