Physics Letters B (Oct 2019)
Cross section of the reaction 18O(p,γ)19F at astrophysical energies: The 90 keV resonance and the direct capture component
- A. Best,
- F.R. Pantaleo,
- A. Boeltzig,
- G. Imbriani,
- M. Aliotta,
- J. Balibrea-Correa,
- D. Bemmerer,
- C. Broggini,
- C.G. Bruno,
- R. Buompane,
- A. Caciolli,
- F. Cavanna,
- T. Chillery,
- G.F. Ciani,
- P. Corvisiero,
- L. Csedreki,
- T. Davinson,
- R.J. deBoer,
- R. Depalo,
- A. Di Leva,
- Z. Elekes,
- F. Ferraro,
- E.M. Fiore,
- A. Formicola,
- Zs. Fülöp,
- G. Gervino,
- A. Guglielmetti,
- C. Gustavino,
- Gy. Gyürky,
- M. Junker,
- I. Kochanek,
- M. Lugaro,
- P. Marigo,
- R. Menegazzo,
- V. Mossa,
- V. Paticchio,
- R. Perrino,
- D. Piatti,
- P. Prati,
- L. Schiavulli,
- K. Stöckel,
- O. Straniero,
- F. Strieder,
- T. Szücs,
- M.P. Takács,
- D. Trezzi,
- M. Wiescher,
- S. Zavatarelli
Affiliations
- A. Best
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Corresponding author at: Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy.
- F.R. Pantaleo
- Università degli Studi di Bari, Dipartimento Interateneo di Fisica, Via G. Amendola 173, 70126 Bari, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- A. Boeltzig
- Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy; The Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Department of Physics, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy
- G. Imbriani
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy
- M. Aliotta
- School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, Peter Guthrie Tait Road, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom
- J. Balibrea-Correa
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy
- D. Bemmerer
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Germany
- C. Broggini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- C.G. Bruno
- School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, Peter Guthrie Tait Road, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom
- R. Buompane
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Università degli Studi della Campania “L. Vanvitelli”, Dipartimento di Matematica e Fisica, Viale Lincoln 5, 81100 Caserta, Italy
- A. Caciolli
- Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- F. Cavanna
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- T. Chillery
- School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, Peter Guthrie Tait Road, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom
- G.F. Ciani
- Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy
- P. Corvisiero
- Università degli Studi di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- L. Csedreki
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy
- T. Davinson
- School of Physics and Astronomy, University of Edinburgh, Peter Guthrie Tait Road, EH9 3FD Edinburgh, United Kingdom
- R.J. deBoer
- The Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Department of Physics, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA
- R. Depalo
- Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- A. Di Leva
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy
- Z. Elekes
- Institute for Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences (MTA Atomki), PO Box 51, 4001 Debrecen, Hungary
- F. Ferraro
- Università degli Studi di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- E.M. Fiore
- Università degli Studi di Bari, Dipartimento Interateneo di Fisica, Via G. Amendola 173, 70126 Bari, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- A. Formicola
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy
- Zs. Fülöp
- Institute for Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences (MTA Atomki), PO Box 51, 4001 Debrecen, Hungary
- G. Gervino
- Università degli Studi di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Via P. Giuria 1, 10125 Torino, Italy
- A. Guglielmetti
- Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy
- C. Gustavino
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma, Piazzale A. Moro 2, 00185 Roma, Italy
- Gy. Gyürky
- Institute for Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences (MTA Atomki), PO Box 51, 4001 Debrecen, Hungary
- M. Junker
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy
- I. Kochanek
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy
- M. Lugaro
- Konkoly Observatory, Research Centre for Astronomy and Earth Sciences, Hungarian Academy of Sciences, 1121 Budapest, Hungary
- P. Marigo
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy; Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- R. Menegazzo
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- V. Mossa
- Università degli Studi di Bari, Dipartimento Interateneo di Fisica, Via G. Amendola 173, 70126 Bari, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- V. Paticchio
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- R. Perrino
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- D. Piatti
- Università degli Studi di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Via F. Marzolo 8, 35131 Padova, Italy
- P. Prati
- Università degli Studi di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- L. Schiavulli
- Università degli Studi di Bari, Dipartimento Interateneo di Fisica, Via G. Amendola 173, 70126 Bari, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Via E. Orabona 4, 70125 Bari, Italy
- K. Stöckel
- 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
- INAF – Osservatorio Astronomico d'Abruzzo, Via Mentore Maggini, 64100 Teramo, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy
- F. Strieder
- Department of Physics, South Dakota School of Mines and Technology, 501E St Joseph Street, Rapid City, SD 57701, USA
- T. Szücs
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Germany
- M.P. Takács
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Germany; Technische Universität Dresden, Institut für Kern- und Teilchenphysik, Zellescher Weg 19, 01069 Dresden, Germany
- D. Trezzi
- Università degli Studi di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, Via G. Celoria 16, 20133 Milano, Italy
- M. Wiescher
- The Joint Institute for Nuclear Astrophysics, Department of Physics, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA
- S. Zavatarelli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- Journal volume & issue
-
Vol. 797
Abstract
The observation of oxygen isotopes in giant stars sheds light on mixing processes operating in their interiors. Due to the very strong correlation between nuclear burning and mixing processes it is very important to reduce the uncertainty on the cross sections of the nuclear reactions that are involved. In this paper we focus our attention on the reaction O18(p,γ)19F. While the O18(p,α)15N channel is thought to be dominant, the (p,γ) channel can still be an important component in stellar burning in giants, depending on the low energy cross section. So far only extrapolations from higher-energy measurements exist and recent estimates vary by orders of magnitude. These large uncertainties call for an experimental reinvestigation of this reaction. We present a direct measurement of the O18(p,γ)19F cross section using a high-efficiency 4π BGO summing detector at the Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA). The reaction cross section has been directly determined for the first time from 140 keV down to 85 keV and the different cross section components have been obtained individually. The previously highly uncertain strength of the 90 keV resonance was found to be 0.53 ± 0.07 neV, three orders of magnitude lower than an indirect estimate based on nuclear properties of the resonant state and a factor of 20 lower than a recently established upper limit, excluding the possibility that the 90 keV resonance can contribute significantly to the stellar reaction rate. Keywords: Experimental nuclear astrophysics, Underground nuclear physics, Hydrogen burning, Stellar evolution