³He(α,γ)⁷Be · Atlante delle reazioni

Un nucleo di ³He cattura un nucleo di ⁴He (una particella alfa) e diventa ⁷Be, emettendo un raggio γ. Apre i rami della catena pp che emettono i neutrini solari del ⁷Be e dell'⁸B, e dopo il Big Bang produsse la maggior parte del litio.

Nel Sole un nucleo di ³He o si fonde con un altro ³He o cattura una particella alfa attraverso questa reazione. La frazione che segue questa strada fissa il numero di neutrini del ⁷Be e dell'⁸B, contati da rivelatori come Borexino e Super-Kamiokande. È la principale incertezza nucleare sui flussi previsti di questi neutrini. Dopo il Big Bang il ⁷Be prodotto qui decadde poi in ⁷Li, quindi la reazione fissa anche la quantità prevista di litio primordiale. Quella previsione è più alta della quantità di litio osservata nelle stelle antiche, una discrepanza nota come problema del litio.

Dati essenziali

Quanto è noto: Noto a qualche per cento alle energie solari, ma solo prolungando misure fatte a energie più alte: nessun esperimento ha ancora raggiunto le energie a cui la reazione avviene nel Sole.
Valutazione interattiva: Mostra i dati · ⁷Be →
Tassi di reazione: Esplora i tassi →
Valore Q · energia liberata: 1,587 MeV
Finestra di Gamow: 23 ± 6,5 keVcentro del Sole, 15,7 MK (pp-II)
315 ± 170 keVcollo di bottiglia del deuterio, 0,8 GK (Nucleosintesi primordiale)
165 ± 75 keVfine della nucleosintesi primordiale, 0,3 GK (Nucleosintesi primordiale)
Prodotto ⁷Be: radioattivo, t_½ = 53,2 giorni
Tipo: Cattura radiativa

Nella cronologia

2007Borexino rivela in tempo reale i neutrini solari del ⁷Be

Come è stata misurata

Le parti tecniche di questa pagina (l'elenco delle misure, i dettagli) sono in inglese.

10 misure, 2004–2023, di cui 4 a LUNAMostra l'elenco

2004
Weizmann Institute accelerator laboratoryWeizmann Institute of Science
Attivazione · 420–950 keV
Activation with a ³He gas cell; S(0) = 0.53 ± 0.02 ± 0.01 keV b, from a set of energies at a time when earlier activation data covered only one or two energies each. [1]
2006
LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)
Attivazione · 127, 148 e 169 keV
Windowless gas target, high beam intensity and low-background γ counting of the ⁷Be produced; cross sections with 4% total uncertainty. [2]
2007
LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)
Attivazione · 106 keV
Activation point at 106 keV, closer to the solar Gamow energy than any earlier measurement; σ = 0.567 ± 0.029 (stat) ± 0.016 (syst) nb. [3]
2007
LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)
Misura diretta in laboratorio sotterraneo · 93, 106 e 170 keV
Prompt γ-rays and ⁷Be activity measured simultaneously; the two methods agree, branching ratios between the two γ transitions measured to 5–8%, extrapolated S(0) = 0.560 ± 0.017 keV b. [4]
2007
CENPA, University of WashingtonCenter for Experimental Nuclear Physics and Astrophysics, University of Washington
Misura diretta in superficie · 0,33–1,23 MeV
Small gas cell, prompt γ-rays and ⁷Be activity; the two methods agree, and a fit with the Kajino model gives S(0) = 0.595 ± 0.018 keV b. [5]
2008
LUNA 400 kVLaboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN)
Misura diretta in laboratorio sotterraneo · energie del fascio 220, 250 e 400 keV
Full account of the LUNA prompt-γ experiment and its systematic uncertainties, together with the activation results, and S-factor extrapolations with two theoretical models. [6]
2009
ERNA recoil separatorLaboratorio CIRCE, Caserta (alla Ruhr-Universität Bochum fino al 2009)
Cinematica inversa e separatori di rinculo · intorno a 1 MeV e oltre
Direct detection of the ⁷Be recoils with the ERNA separator, with coincident γ-rays; above 1 MeV the cross section differs from earlier results in absolute value and energy dependence. [7]
2013
Nuclear Science Laboratory, Notre DameUniversity of Notre Dame
Misura diretta in superficie · circa 0,3–1,5 MeV
Prompt γ-ray measurement with the HIPPO helium-jet gas target over a wide energy window. [8]
2019
Atomki, DebrecenInstitute for Nuclear Research (Atomki)
Attivazione · 4,0–4,4 MeV
Thin-window ³He gas cell; a constant cross section of about 10.5 μb near the ⁷Be proton separation threshold and an upper limit of 45 neV on the strength of a resonance there. [9]
2023
Atomki, DebrecenInstitute for Nuclear Research (Atomki)
Attivazione · sopra la soglia di separazione del protone del ⁷Be
Activation with a thin-window ³He gas cell, extending the capture data into the energy range of the known ⁷Be levels, where only one narrow data set (4.0–4.4 MeV) existed before. [10]

Misure (EXFOR)

Tutte le serie di dati che EXFOR contiene per questa reazione, disegnate secondo le energie che coprono, a confronto con le energie che una stella usa davvero.

44 serie di dati in 22 voci EXFOR, 1959–2023 · 5 senza un intervallo di energia, non disegnate

Temperatura

centro del Sole, T₉ = 0,0157 (15,7 MK)collo di bottiglia del deuterio, T₉ = 0,8 (800 MK)fine della nucleosintesi primordiale, T₉ = 0,3 (300 MK)

Energia più bassa in EXFOR: 92,9 keV; Costantini et al., 2008 · σ · O1709.002.1
Distanza dal picco di Gamow: 5,4 larghezze di Gamow sopra; E₀ = 23,1 keV, finestra 16,6–29,5 keV
Tasso da energie assenti in EXFOR: 100 %; a T₉ = 0,0157, stima liscia · di cui 100 % sotto l'energia più bassa in EXFOR

Finestra di Gamow, tratteggiata dove nessuna misura arriva
Le barre solo contornate si vedono ma non contano (la regola è in «Come sono calcolati questi numeri»).
Un rombo è una serie di dati a una sola energia. Le barre che escono dal bordo destro proseguono a energie più alte.

Le serie di dati della mappa, per grandezza

Le serie di dati della mappa, per grandezza
Grandezza	Serie di dati	Intervallo di E_cm (keV)
σsezione d'urto	21	92,9 keV – 8,31 MeV
Sfattore S	12	9,88 keV – 2,8 MeV
σ→Eₓparziale	4	93,3 keV – 1,3 MeV
…altro	2	107 keV – 1,27 MeV

Come sono calcolati questi numeri

Energia più bassa misurata, in tutto l'esploratore dei dati nucleari: la più bassa energia nel centro di massa a cui una serie di dati di EXFOR misura la reazione stessa (sezione d'urto, fattore S, distribuzione angolare, resa o intensità di una risonanza), punto per punto. Un punto conta se è un valore e non un limite superiore o inferiore, se sta almeno una deviazione standard sopra lo zero e se la sua energia è fisica: almeno 1 keV per le particelle cariche, e non sotto la soglia di una reazione endotermica. Non contano: valori estrapolati, calcolati, valutati o derivati; dati superati, cancellati o preliminari; rapporti; un singolo valore del fattore S, che in EXFOR è il risultato di un fit; e i metodi indiretti (cavallo di Troia, dissociazione coulombiana, ANC, reazioni surrogate), riconosciuti dai codici di metodo e di analisi di EXFOR, dal loro testo e dal titolo. Prima si correggono gli errori di sistema di riferimento e di unità di EXFOR, e i valori che la letteratura indica come limiti superiori si leggono come limiti, da un elenco che riporta le prove per ciascuno. Le serie di dati che arrivano alla stessa energia entro il 0,5% sono citate tutte, dalla più vecchia. Tasso da energie assenti in EXFOR: la frazione dell'integrando del tasso a quella temperatura che cade fuori dagli intervalli di energia coperti dalle serie di dati che contano (dal punto misurato più basso al più alto), con un fattore S costante (σ ∝ S(E₀)/E · e^−2πη, quindi l'integrando è e^(−E/kT − 2πη)); per una cattura neutronica, σ ∝ 1/v. Le risonanze rendono irregolare l'integrando vero: è una stima di base, liscia.

Tutte le misure (44)Nucleo composto ⁷Be

Provala: una valutazione R-matrix

Su questo sito gira un modello AZURE2 di questo sistema. Cambia le energie e le larghezze dei livelli e osserva come cambiano il fit ai dati e l'estrapolazione alle energie stellari.

Apri la valutazione del ⁷Be →

Dettagli

The capture proceeds by external direct capture to the ⁷Be ground state and to its first excited state at 429 keV, so the cross section can be measured either by detecting the prompt γ-rays or by counting the ⁷Be activity afterwards (activation). Before 2006 the two approaches disagreed on the extrapolated S(0). The LUNA campaign at the 400 kV accelerator used a windowless ³He gas target and measured both observables at the same time, down to 93 keV, with agreement between them; the activation results reached a 4% total uncertainty.

Surface experiments at the Weizmann Institute, Seattle and Notre Dame, and the ERNA recoil separator, then covered the energies from about 0.3 MeV upwards and constrained the energy dependence needed to extrapolate to the solar Gamow window. Above 1 MeV the ERNA data differ from earlier results in both normalization and slope. Activation measurements at Atomki extended the data to the ⁷Be proton separation threshold and, in 2023, above it, into the region of the known ⁷Be levels.

Solar Fusion III recommends S(0) = 0.561 ± 0.018 (exp) ± 0.022 (theory) keV b; the theoretical uncertainty has grown since Solar Fusion II and is now comparable to the experimental one. BBN analyses with the current rates conclude that a nuclear-physics solution of the lithium problem is highly unlikely.

Energia del picco E₀ ± metà della larghezza a 1/e, nel centro di massa, dalle masse AME2020.

Valutazioni

Compilazioni che combinano i dati in un tasso di reazione raccomandato.

—E. G. Adelberger et al., Rev. Mod. Phys. 83, 195 (2011) [11]
—B. Acharya et al., Rev. Mod. Phys. 97, 035002 (2025) [12]
—P. Descouvemont et al., At. Data Nucl. Data Tables 88, 203 (2004) [13]
—C. Iliadis, A. Coc, Astrophys. J. 901, 127 (2020) [14]

Questioni aperte

L'andamento in energia del fattore S tra 100 keV e 1 MeV, che controlla l'estrapolazione alla finestra di Gamow solare.
Il disaccordo di pendenza e di normalizzazione sopra 1 MeV tra i dati ottenuti con separatori di rinculo e quelli con raggi γ.

Discussa nella pagina delle questioni aperte

Il fattore S della ³He(α,γ)⁷Be a energia zero

Reazioni correlate

Bibliografia

1.
B. S. Nara Singh, M. Hass, Y. Nir-El, G. Haquin
New precision measurement of the ³He(⁴He,γ)⁷Be cross section
Phys. Rev. Lett. 93, 262503 (2004) · 10.1103/PhysRevLett.93.262503 · arXiv:nucl-ex/0407017
2.
D. Bemmerer et al. (LUNA Collaboration)
Activation measurement of the ³He(α,γ)⁷Be cross section at low energy
Phys. Rev. Lett. 97, 122502 (2006) · 10.1103/PhysRevLett.97.122502 · arXiv:nucl-ex/0609013LUNA
3.
Gy. Gyürky et al. (LUNA Collaboration)
³He(α,γ)⁷Be cross section at low energies
Phys. Rev. C 75, 035805 (2007) · 10.1103/PhysRevC.75.035805LUNA
4.
F. Confortola et al. (LUNA Collaboration)
Astrophysical S factor of the ³He(α,γ)⁷Be reaction measured at low energy via detection of prompt and delayed γ rays
Phys. Rev. C 75, 065803 (2007) · 10.1103/PhysRevC.75.065803 · arXiv:0705.2151LUNA
5.
T. A. D. Brown, C. Bordeanu, K. A. Snover et al.
³He + ⁴He → ⁷Be astrophysical S factor
Phys. Rev. C 76, 055801 (2007) · 10.1103/PhysRevC.76.055801 · arXiv:0710.1279
6.
H. Costantini et al. (LUNA Collaboration)
The ³He(α,γ)⁷Be S-factor at solar energies: the prompt γ experiment at LUNA
Nucl. Phys. A 814, 144 (2008) · 10.1016/j.nuclphysa.2008.09.014 · arXiv:0809.5269LUNA
7.
A. Di Leva et al.
Stellar and primordial nucleosynthesis of ⁷Be: measurement of ³He(α,γ)⁷Be
Phys. Rev. Lett. 102, 232502 (2009); erratum Phys. Rev. Lett. 103 (2009) · 10.1103/PhysRevLett.102.232502
8.
A. Kontos, E. Uberseder, R. deBoer, J. Görres, C. Akers, A. Best, M. Couder, M. Wiescher
Astrophysical S factor of ³He(α,γ)⁷Be
Phys. Rev. C 87, 065804 (2013) · 10.1103/PhysRevC.87.065804
9.
T. Szücs, G. G. Kiss, Gy. Gyürky, Z. Halász, T. N. Szegedi, Zs. Fülöp
Cross section of ³He(α,γ)⁷Be around the ⁷Be proton separation threshold
Phys. Rev. C 99, 055804 (2019) · 10.1103/PhysRevC.99.055804
10.
Á. Tóth, T. Szücs et al.
Experimental determination of the ³He(α,γ)⁷Be reaction cross section above the ⁷Be proton separation threshold
Phys. Rev. C 108, 025802 (2023) · 10.1103/PhysRevC.108.025802 · arXiv:2307.10218
11.
E. G. Adelberger et al.
Solar fusion cross sections II: the pp chain and CNO cycles
Rev. Mod. Phys. 83, 195 (2011) · 10.1103/RevModPhys.83.195
12.
B. Acharya et al.
Solar fusion III: New data and theory for hydrogen-burning stars
Rev. Mod. Phys. 97, 035002 (2025) · 10.1103/8lm7-gs18 · arXiv:2405.06470
13.
P. Descouvemont, A. Adahchour, C. Angulo, A. Coc, E. Vangioni-Flam
Compilation and R-matrix analysis of Big Bang nuclear reaction rates
At. Data Nucl. Data Tables 88, 203 (2004) · arXiv:astro-ph/0407101
14.
C. Iliadis, A. Coc
Thermonuclear reaction rates and primordial nucleosynthesis
Astrophys. J. 901, 127 (2020) · arXiv:2008.12200

Come citare questa pagina

J. Skowronski, ³He(α,γ)⁷Be, in Atlante delle reazioni, 2026-10-12, https://jskowron.eu/it/atlas/3He-ag-7Be.

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