Physics Letters B (Aug 2019)
Direct measurements of low-energy resonance strengths of the 23Na(p,γ)24Mg reaction for astrophysics
- A. Boeltzig,
- A. Best,
- F.R. Pantaleo,
- G. Imbriani,
- M. Junker,
- 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,
- I. Kochanek,
- M. Lugaro,
- P. Marigo,
- R. Menegazzo,
- V. Mossa,
- F. Munnik,
- 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. Boeltzig
- Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crispi 7, 67100 L'Aquila, Italy; The Joint Institute for Nuclear Astrophysics, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA; Department of Physics, University of Notre Dame, Nieuwland Science Hall 225, Notre Dame, IN 46556-5670, USA; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy; Corresponding author at: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), Via G. Acitelli 22, 67100 Assergi, Italy.
- A. Best
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cinthia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, 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
- G. Imbriani
- Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Via Cinthia 21, 80126 Napoli, Italy; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, Via Cintia 21, 80126 Napoli, Italy
- 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
- 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 Cinthia 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, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA; Department of Physics, University of Notre Dame, Nieuwland Science Hall 225, Notre Dame, IN 46556-5670, 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 Cinthia 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
- 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
- F. Munnik
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden, Germany
- 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, University of Notre Dame, Notre Dame, IN 46556, USA; Department of Physics, University of Notre Dame, Nieuwland Science Hall 225, Notre Dame, IN 46556-5670, USA
- S. Zavatarelli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova, Via Dodecaneso 33, 16146 Genova, Italy
- Journal volume & issue
-
Vol. 795
pp. 122 – 128
Abstract
The NeNa and the MgAl cycles play a fundamental role in the nucleosynthesis of asymptotic giant branch stars undergoing hot bottom burning. The Na23(p,γ)24Mg reaction links these two cycles and a precise determination of its rate is required to correctly estimate the contribution of these stars to the chemical evolution of various isotopes of Na, Mg and Al. At temperatures of 50≲T≲110MK, narrow resonances at Ep=140 and 251keV are the main contributors to the reaction rate, in addition to the direct capture that dominates in the lower part of the temperature range. We present new measurements of the strengths of these resonances at the Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA). We have used two complementary detection approaches: high efficiency with a 4π BGO detector for the 140keV resonance, and high resolution with a HPGe detector for the 251keV resonance. Thanks to the reduced cosmic ray background of LUNA, we were able to determine the resonance strength of the 251keV resonance as ωγ=482(82)μeV and observed new gamma ray transitions for the decay of the corresponding state in Mg24 at Ex=11931keV. With the highly efficient BGO detector, we observed a signal for the 140keV resonance for the first time in a direct measurement, resulting in a strength of ωγ140=1.46−0.53+0.58neV (68% CL). Our measurement reduces the uncertainty of the Na23(p,γ)24Mg reaction rate in the temperature range from 0.05 to 0.1GK to at most −35%+50% at 0.07GK. Accordingly, our results imply a significant reduction of the uncertainties in the nucleosynthesis calculations. Keywords: Experimental nuclear astrophysics, Underground nuclear physics, Hydrogen burning, Stellar evolution