The lifetime of the 6.79 MeV state in 15O as a challenge for nuclear astrophysics and gamma-ray spectroscopy: a new DSAM measurement with the AGATA Demonstrator array

La determinazione della sezione d'urto delle reazioni termonucleari nelle stelle è una delle sfide più impegnative per l'astrofisica nucleare. Per comprendere questo ed altri processi nucleari che avvengono nel mezzo stellare sono fondamentali gli esperimenti di fisica nucleare con tecniche e strumentazioni sempre più avanzate. In questo lavoro di tesi, è stato utilizzato per la prima volta un apparato d'avanguardia per la spettroscopia gamma per un esperimento di interesse astrofisico e, cioè, una nuova misura della vita media dello stato a 6.79 MeV nel nucleo 15O, utilizzando il metodo del Doppler shift attenuato. Una determinazione accurata di questa quantità è, infatti, di estrema importanza per ricavare il fattore astrofisico S e la corrispondente sezione d'urto della reazione 14N(pγ)15O, la più lenta del ciclo CNO. Verranno quindi presentati e discussi i risultati di una nuova misura diretta della vita media dello stato in questione. I primi stati eccitati del nucleo 15O (e 15N) sono stati popolati attraverso i meccanismi di fusione-evaporazione e di trasferimento di nucleoni nella reazione 14N + 2H (impiantato sulla superficie di 4mg/cm2 di uno strato di oro) ad una energia di 32 MeV, con il fascio di 14N accelerato dal Tandem XTU dei Laboratori Nazionali di Legnaro. I raggi gamma prodotti nella reazione sono stati rivelati mediante quattro rivelatori compositi (clusters tripli) del dimostratore di AGATA, posti all'indietro rispetto alla linea di fascio, consentendo una misura, in modo continuo, della distribuzione angolare dei raggi gamma. La risoluzione in energia e la sensibilità alla posizione di interazione di questo modernissimo spettrometro gamma sono stati utilizzati per misurare vite medie nel range dei fs mediante il “Doppler Shift Attenuation Method". Il contributo degli effetti dovuti alla vita media sulle forme di riga dei picchi gamma, rispetto a quelli legati alla cinematica dei nuclei emessi è stato estratto mediante dettagliate simulazioni Monte Carlo della emissione e rivelazione della radiazione gamma. A questo scopo sono stati effettuati calcoli in canali accoppiati del processo di trasferimento di nucleoni. Trattandosi di uno dei primi esperimenti in cui tale spettrometro d’avanguardia è coinvolto, verranno discussi in dettaglio i vari passaggi dell’analisi dei dati e dello sviluppo di una parte di codice Monte Carlo. Il confronto tra gli spettri sperimentali e simulati per raggi gamma di energia molto alta, che diseccitano stati nucleari di pochi fs, verrà mostrato per la transizione di 6.79 MeV nel nucleo 15O e per alcuni livelli del nucleo 15N. Vengono presentati anche i dettagli dell’analisi del chi-quadro, essenziale per ottenere i risultati. I valori di vita media ottenuti per gli stati eccitati del nucleo 15N vengono confrontati con i risultati noti in letteratura. L’analisi dei dati conclusiva ha permesso di dare un nuovo limite alla vita media del livello a 6.79 MeV del nucleo 15O.