Direct Measurement of the ^{13}C(α,n)^{16}O Cross Section into the s-Process Gamow Peak.


Journal

Physical review letters
ISSN: 1079-7114
Titre abrégé: Phys Rev Lett
Pays: United States
ID NLM: 0401141

Informations de publication

Date de publication:
08 Oct 2021
Historique:
received: 11 04 2021
revised: 08 06 2021
accepted: 17 08 2021
entrez: 22 10 2021
pubmed: 23 10 2021
medline: 23 10 2021
Statut: ppublish

Résumé

One of the main neutron sources for the astrophysical s process is the reaction ^{13}C(α,n)^{16}O, taking place in thermally pulsing asymptotic giant branch stars at temperatures around 90 MK. To model the nucleosynthesis during this process the reaction cross section needs to be known in the 150-230 keV energy window (Gamow peak). At these sub-Coulomb energies, cross section direct measurements are severely affected by the low event rate, making us rely on input from indirect methods and extrapolations from higher-energy direct data. This leads to an uncertainty in the cross section at the relevant energies too high to reliably constrain the nuclear physics input to s-process calculations. We present the results from a new deep-underground measurement of ^{13}C(α,n)^{16}O, covering the energy range 230-300 keV, with drastically reduced uncertainties over previous measurements and for the first time providing data directly inside the s-process Gamow peak. Selected stellar models have been computed to estimate the impact of our revised reaction rate. For stars of nearly solar composition, we find sizeable variations of some isotopes, whose production is influenced by the activation of close-by branching points that are sensitive to the neutron density, in particular, the two radioactive nuclei ^{60}Fe and ^{205}Pb, as well as ^{152}Gd.

Identifiants

pubmed: 34677992
doi: 10.1103/PhysRevLett.127.152701
doi:

Types de publication

Journal Article

Langues

eng

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Pagination

152701

Auteurs

G F Ciani (GF)

Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy.
INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), 67100 Assergi, Italy.
Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

L Csedreki (L)

Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy.
INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), 67100 Assergi, Italy.
Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

D Rapagnani (D)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

M Aliotta (M)

SUPA, School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom.

J Balibrea-Correa (J)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

F Barile (F)

Università degli Studi di Bari, 70121 Bari, Italy.
INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

D Bemmerer (D)

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstrasse 400, 01328 Dresden, Germany.

A Best (A)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

A Boeltzig (A)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

C Broggini (C)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

C G Bruno (CG)

SUPA, School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom.

A Caciolli (A)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

F Cavanna (F)

INFN, Sezione di Torino, Via Pietro Giuria, 1, 10125 Torino, Italy.

T Chillery (T)

SUPA, School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom.

P Colombetti (P)

INFN, Sezione di Torino, Via Pietro Giuria, 1, 10125 Torino, Italy.

P Corvisiero (P)

Università degli Studi di Genova, 16126 Genova, Italy.
INFN, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy.

S Cristallo (S)

INAF, Osservatorio Astronomico d'Abruzzo, 64100 Teramo, Italy.
INFN, Sezione of Perugia, Via A. Pascoli snc, 06123 Perugia, Italy.

T Davinson (T)

SUPA, School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom.

R Depalo (R)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

A Di Leva (A)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

Z Elekes (Z)

Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

F Ferraro (F)

Università degli Studi di Genova, 16126 Genova, Italy.
INFN, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy.

E Fiore (E)

Università degli Studi di Bari, 70121 Bari, Italy.
INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

A Formicola (A)

INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), 67100 Assergi, Italy.

Zs Fülöp (Z)

Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

G Gervino (G)

Università degli Studi di Torino, 10125 Torino, Italy.
INFN, Sezione di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy.

A Guglielmetti (A)

Università degli Studi di Milano, 20133 Milano, Italy.
INFN, Sezione di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy.

C Gustavino (C)

INFN, Sezione di Roma La Sapienza, Piazzale A. Moro 2, 00185 Roma, Italy.

Gy Gyürky (G)

Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

G Imbriani (G)

Università di Napoli "Federico II," 80126 Napoli, Italy.
INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.

M Junker (M)

INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), 67100 Assergi, Italy.

M Lugaro (M)

Institute of Physics, ELTE Eötvös Loránd University, 1053 Budapest, Hungary.
Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, MTA Centre for Excellence, 1121 Budapest, Hungary.

P Marigo (P)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

E Masha (E)

Università degli Studi di Milano, 20133 Milano, Italy.
INFN, Sezione di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy.

R Menegazzo (R)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

V Mossa (V)

INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

F R Pantaleo (FR)

Università degli Studi di Bari, 70121 Bari, Italy.
INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

V Paticchio (V)

INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

R Perrino (R)

INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

D Piatti (D)

INFN, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.
Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy.

P Prati (P)

Università degli Studi di Genova, 16126 Genova, Italy.
INFN, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy.

L Schiavulli (L)

Università degli Studi di Bari, 70121 Bari, Italy.
INFN, Sezione di Bari, 70125 Bari, Italy.

K Stöckel (K)

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstrasse 400, 01328 Dresden, Germany.
Technische Universität Dresden, Institut für Kern- und Teilchenphysik, Zellescher Weg 19, 01069 Dresden, Germany.

O Straniero (O)

INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), 67100 Assergi, Italy.
INAF, Osservatorio Astronomico d'Abruzzo, 64100 Teramo, Italy.

T Szücs (T)

Institute for Nuclear Research (ATOMKI), P.O. Box 51, HU-4001 Debrecen, Hungary.

M P Takács (MP)

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstrasse 400, 01328 Dresden, Germany.
Technische Universität Dresden, Institut für Kern- und Teilchenphysik, Zellescher Weg 19, 01069 Dresden, Germany.

F Terrasi (F)

INFN, Sezione di Napoli, 80126 Napoli, Italy.
Università degli Studi della Campania "L. Vanvitelli" (Caserta), 81100 Caserta, Italy.

D Vescovi (D)

INFN, Sezione of Perugia, Via A. Pascoli snc, 06123 Perugia, Italy.
Goethe University, Max-von-Laue-Strasse 1, Frankfurt am Main 60438, Germany.

S Zavatarelli (S)

INFN, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy.

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