Modelli solari ed emissione di neutrini dal Sole

Ho studiato l' emissione di neutrini solari in varianti del modello standard del Sole, costruite allo scopo di esaminare lo spazio ancora aperto per una soluzione astrofisica/nucleare del problema dei neutrini solari, sviluppando un'analisi completa delle varie possibilita'. In quest'ottica, ho costruito delle varianti del modello solare utilizzando il codice evolutivo FRANEC (Frascati Raphson Newton Evolutionary Code) e discutendo gli effetti di:
i)variazione delle tavole di opacita',
ii)variazioni di composizione chimica solare,
iii)dipendenza dalla stima dell'eta' del Sole,
iv) dipendenza dagli input nucleari usati.
Se ne ricava che il problema dei neutrini solari non e' solo la discrepanza fra risultati sperimentali e previsioni del modello solare standard, ma sussiste in tutte le varianti (non standard) del modello solare che si possono costruire. Il fatto importante e' che la soppressione del segnale dei neutrini del Berillio non e' teoricamente spiegabile, in particolare se confrontata con il segnale del Boro. Ho anche contribuito allo sviluppo di analisi "solar model independent" dei dati sperimentali sui neutrini solari. Il risultato piu' significativo e' che l'ipotesi di neutrini standard non e' consistente con i dati sperimentali, essendo di nuovo i neutrini del Berillio gli indicatori piu' importanti. I risultati di questi lavori sono presentati negli articoli dell'elenco dei lavori

Astrofisica nucleare e questioni connesse

E' senz'altro interessante, attualmente, un riesame delle sezioni d'urto per la nucleosintesi ad energie di interesse astrofisico. Naturalmente questo puo' essere messo in relazione al cosiddetto problema dei neutrini solari, ma anche in connessione con altre questioni relative alla fisica del Sole, come ad esempio l'abbondanza (carenza) di nuclei leggeri nella fotosfera solare, in confronto con la composizione dei meteoriti. Va altresi' notato che esperimenti recenti alle energie di qualche decina di keV hanno mostrato dei comportamenti anomali, come se l'effetto di schermo elettronico in laboratorio fosse piu' efficiente di quanto previsto teoricamente. In questo spirito, ho studiato gli effetti dello schermo elettronico nelle reazioni di fusione che avvengono all'interno del Sole.
Variazioni dei potenziali di schermo hanno come chiara conseguenza variazioni del flusso dei neutrini, ma anche in questo caso si puo' mostrare che le possibili varianti rispetto alle trattazioni usuali non rendono conto dei risultati sperimentali. Sempre all'interno della problematica dello schermo nei plasmi, ho studiato gli effetti di uno schermo "anomalo" (del tipo di quello osservato in laboratorio e sopra accennato) sulla combustione dei nuclei di Litio e Berillio nel Sole e negli ammassi giovani.
Ho mostrato che uno schermo anomalo e' consistente con i dati sulle abbondanze stellari di questi elementi. In altre parole, se le anomalie riscontrate in esperimenti di laboratorio avessero un equivalente nel plasma stellare si potrebbero spiegare alcuni importanti problemi sulla composizione fotosferica. E' dunque importante una nuova generazione di esperimenti, quali possono essere compiuti in laboratori sotterranei, allo scopo di misurare sezioni d'urto di fusione fra nuclei leggeri ad energie sempre piu' vicine a quelle rilevanti per le stelle.
All'interno di una collaborazione sostenuta dalla Comunita' Europea, con lo scopo di riesaminare criticamente i dati disponibili per reazioni nucleari di interesse astrofisico e eventualmente di proporre nuove misure sperimentali, ho analizzato lo stato attuale delle conoscenze sulle reazioni 3He+3He->a+2p, 3He+4He->7Be+g e d+a->6Li+g. Le prime reazioni sono rilevanti per la produzione dei neutrini solari, mentre l'ultima e' interessante in particolare per la produzione del 6Li nel big bang. I risultati di questo studio sono pubblicato su Atomic Data and Nuclear Data Tables.

Oscillazioni di neutrino ed oscillazioni flavour changing.

Nella tesi di laurea ho sviluppato un modello di nuova interazione (flavour changing neutral current nel settore leptonico) che puo' indurre effetti di oscillazione fra i diversi tipo di neutrino e ne ho mostrato la consistenza con tutte le informazioni attualmente disponibili, quali si ottengono da esperimenti con neutrini ai reattori e agli acceleratori, dagli esperimenti di neutrino solare e anche dal raffreddamento di stelle in fasi avanzate di evoluzione (giganti rosse), ho inoltre discusso le possibilita' di rivelare tali interazioni in futuri esperimenti. In merito alla rivelazione dei neutrini solari, ho studiato la possibilita' che i nuclei prodotti nelle reazioni di cattura neutrinica restino intrappolati in sistemi molecolari. é questo un fatto curioso, che vale la pena di spiegare in un qualche dettaglio; in genere la fisica molecolare e quella dei nuclei/particelle sono disaccoppiate, a causa delle diverse scale di energia in gioco.
Ma nel caso di assorbimento di un neutrino di bassa energia (tipicamente qualche centinaio di keV per un neutrino solare pp), il nucleo prodotto rincula con un energia cinetica di pochi eV, confrontabile dunque con le energie di legame molecolari; il nucleo puo' dunque rimanere intrappolato in un sistema molecolare. Fisica molecolare e fisica dei nuclei/particelle si ricongiungono cosi', mostrando ancora una volta la sostanziale unita' della fisica. Abbiamo esaminato le possibili conseguenze di tali effetti di intrappolamento per i rivelatori al Gallio di neutrini solari.
Se molto sui neutrini si puo' imparare dal Sole, certamente saranno definitivi quegli esperimenti che possono utilizzare sorgenti ben note e calibrate di neutrini, come gli acceleratori di particelle. In collaborazione col gruppo Icarus ho studiato le potenzialita' di esperimenti di neutrino su lunga base, quali si possono ipotizzare sparando sul Gran Sasso un fascio di neutrini proveniente dal CERN. In particolare ho analizzato la possibilita' di esplorare con questi esperimenti la matrice di massa in regioni rilevanti per il problema dei neutrini solari.

Abbondanze di elementi ed evoluzione stellare

Recenti misure dell'abbondanza degli elementi C N O sulla superficie solare (Asplund, Grevesse & Sauval 2004) suggeriscono significative variazioni rispetto ai dati precedentemente riportati in letteratura. In collaborazione con la dott.ssa Degl 'Innocenti di Pisa si e' discusso l 'effetto di queste nuove composizioni dei metalli sulle tracce evolutive e sulle isocrone sia di ammassi globulari che di ammassi aperti. Si e' trovata una variazione sulle eta' stimate di questi ammassi inferiore al Gyr.

Produzione e rivelazione di neutrini dalla Terra

Il nostro pianeta emette una quantita' di calore pari a circa 80mW/m2. Quale sia la sorgente di questo calore non e' stato ancora completamente e quantitativamente compreso. L'osservazione degli (anti)neutrini terrestri (dovuto ai decadimenti del 238U, 232Th e 40K) da parte di rivelatori tipo Borexino ai LNGS e Kamland in Giappone permetterebbe di isolare il contributo radiogenico. In particolare si sono studiate in dettaglio le potenzialita’ degli esperimenti KamLAND e Borexino, in collaborazione anche con ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra che fornirebbero studi dettagliati sulla composizione della crosta terrestre in prossimita’ dei LNGS.