Pubblicato su Nature uno studio sulla misura del tasso della reazione nucleare di fusione del deuterio attiva nell’universo primordiale (vai all’articolo in Inglese). Grazie a questa ricerca, condotta nei Laboratori INFN del Gran Sasso, a cui hanno collaborato anche ricercatori dell’INAF-OA Abruzzo, è ora possibile stimare con precisione la quantità di materia “ordinaria” nel cosmo, ossia la quantità di tutto quello che vediamo e tocchiamo, dal singolo atomo alle stelle, compresi gli esseri viventi.

Durante la loro vita, le stelle convertono gli elementi chimici leggeri in elementi più pesanti, tramite processi di fusione nucleare. Non tutti gli elementi chimici che compongono il nostro universo -però- sono prodotti nelle stelle. Le reazioni chiave che hanno portato alla produzione degli elementi più leggeri sono avvenute nei primi momenti di vita dell’universo, un processo che è stato chiamato “nucleosintesi primordiale”.

1 secondo dopo il Big Bang, la temperatura del neonato universo era troppo elevata per permettere la fusione di protoni e neutroni. Ci sono voluti circa 3 minuti perché la temperatura scendesse ad 1 miliardo di gradi, permettendo così la formazione di deuterio stabile attraverso la fusione di un protone e un neutrone.  Successivamente, altre reazioni nucleari si attivarono, permettendo la produzione di altri nuclei leggeri, come quelli dell’elio e del litio. Dopo un’ora circa, l’universo si era ulteriormente raffreddato e le fusioni nucleari cessarono. In quel momento la sua composizione era 75% idrogeno, 25% elio e piccole tracce di deuterio e litio. Solo dopo qualche centinaio di milioni di anni, elementi più pesanti del litio, come il carbonio, l’ossigeno e il ferro, furono sintetizzati dalla prima generazione di stelle.

I fisici e gli astrofisici tentano da sempre di ricreare nei laboratori i processi che si attivarono all’epoca della nucleosintesi primordiale così come quelli che controllano la sintesi degli elementi nelle fucine stellari. E’ questo l’obbiettivo principale dell’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), realizzato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) sotto 1400 m di roccia che proteggono dalle radiazioni esterne le sale in cui sono alloggiati gli strumenti. LUNA è una collaborazione scientifica internazionale composta da ricercatori italiani, tedeschi, britannici ed ungheresi. Per l’Italia collaborano all’esperimento: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, le sezioni INFN e le università di Bari, Genova, Milano Statale, Napoli Federico II, Padova, Roma La Sapienza, Torino e l’INAF-Osservatorio d’Abruzzo.

Le misure effettuate da LUNA hanno permesso di determinare con una precisione mai raggiunta prima l’abbondanza di deuterio prodotta pochi minuti dopo il Big Bang. Questa abbondanza è strettamente connessa al valore della densità della materia ordinaria, una quantità che è stata misurata in modo indipendente anche dalla collaborazione PLANCK, grazie ad uno studio sulla radiazione cosmica di fondo. Tale radiazione è stata prodotta 360 mila anni dopo il Big Bang ed è considerata a tutti gli effetti un residuo “fossile” dell’universo primordiale.  L’ottimo accordo tra i risultati dei due esperimenti è particolarmente confortante, perché conferma la bontà del modello cosmologico corrente.