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Dinamica dei quarks e degli adroni Transizione di fase nella materia nucleare e adronica

FISICA NUCLEARE. Dinamica dei quarks e degli adroni Transizione di fase nella materia nucleare e adronica Struttura nucleare e dinamica delle reazioni Astrofisica nucleare e ricerca interdisciplinare Programmi in corso e loro evoluzione a breve termine

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Dinamica dei quarks e degli adroni Transizione di fase nella materia nucleare e adronica

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  1. FISICA NUCLEARE • Dinamica dei quarks e degli adroni • Transizione di fase nella materia nucleare e adronica • Struttura nucleare e dinamica delle reazioni • Astrofisica nucleare e ricerca interdisciplinare • Programmi in corso e loro evoluzione a breve termine Nuove proposte in fase di sviluppo • Interesse scientifico per i nuovi progetti nei • Laboratori nazionali roadmap Angela Bracco - Cortona, Ottobre 2006

  2. Dinamica dei Quarks e degli Adroni • Lo spin del nucleone (HERMES a DESY, sonda: e-) • Spettroscopia adronica (sonde elettromagnetiche) Ricerca di stati esotici (AIACE a JLAB) Risonanze barioniche, fotoproduzione di mesoni, e loro proprieta’ (CTT a Mainz, GRAAL a Grenoble) • Ipernuclei e atomi Kaonici (FINUDA, SIDDARTHA a LNFe LEDA a JLAB)

  3. di-hadron azimuthal production with transverse target Lo spin del nucleone Funzione struttura transversita’ preliminary HERMES preliminary MISURA DIRETTA nel 2015? Misura di Δs PAX-RD COSY+CERN polarizzazione degli antiprotoni Non c’e contributo dei quark s

  4. Ricerca di stati esotici, spettroscopia adronica… AIACE - g p  Q+ K0 K+n - Reazioni in studio:g p  Q+ K g p  Q+ K- p+ g p  Q++K- Pentaquark : esperimenti su protone e deuterio Counts/4 [MeV] Misura in corso : integrale di GDH a bassi Q2 (<0.05 GeV2/c2) M(nK+) [GeV] U.L. (95% CL) < 0.5-1.2 nb Momento Magnetico risonanza D+ GRAAL asimmetria nella fotoproduzione di π0 con n quasi libero preliminary Misure di alta precisione fino al 2008 CTT FUTURO : e’ stato approvato l’upgrade in energy a 12 GeV a JLAB

  5. - K Δ SΛ SN stop T Spettroscopia di ipernuclei 12C(K- ,π-)12C C 12 JLAB L 12C(e,e’K)12BΛ FINUDA K-MAID p-Λ state Misura sezione d’urto per i diversi stati eccitati SLA 9.34 Missing energy (MeV) LEDA PLB 622 (2005) 35 Rivelatori al Ge in FINUDA Interazione Λ-N nel nucleo : per nuclei medio pesanti serve risoluzione maggiore Test in futuro a LNF

  6. Transizione di fase della materia adronica • ALICE at LHC • Na 60 at SPS • R&D SLHC (per il futuro) • HADES a GSI (decadimento e+e- aT= 50-100 MeV)

  7. Ass. nucl. Ass. adr. IPER Progressi nello studio della soppressione della J/……… Energie di SPS ….. sono all’ “ONSET” della formazione del QGP Problema aperto: Natura della transizione? l e’ la dimensione trasversa dell’interazione dipende dal volume iniziale della fireball e dall’ energia depositata nella collisione La sovraproduzione di stranezza e la soppressione del charm sono correlate al volume della fireball e all’energia depositata Teoria di F. Beccattini, L. Maiani et… al

  8. ALICE Altro Segnale QGP: Perdita di energia partonica nei JET Informazione rilevante sulle caratteristiche dello stato formato nelle collisioni di ioni pesanti ultrarelativistiche SPS: cronin RHIC - Au-Au a 200 AGeV: Trigger su una particella di alto pt la correlazione e’ distrutta nella collisione Au+Au jet quenching (perdita di energia partonica) RHIC: cronin+quench LHC: quench LHC: Pb-Pb a 5.5 TeV

  9. ALICE HMPID m-arm ZDC TOF /~100 m/ ITS

  10. alice • Piano di lavoro: • Maggio 2007 configurazione con : • ITS, TPC, HMPID, muon arm, PMD, • trigger dets (V0, T0, ZDC, Accorde),.. • completi: • TRD, PHOS, TOF parzialmente completi L’installazione continuera’ oltre la meta’ del 2007. • EMCAL (per i JET) – nel 2010 • attivita’ R&D per aumento di luminosita’

  11. GRID ALICE Quarks-gluon Plasma Programma in GRID Attivita’ di calcolo e simulazione e analisi dati ha fatto progressi con la realizzazione di due centri prototipi di TIER2 (Catania e Torino) Primi 2 TIER a CT e To (slice: 2o in ) HMPID Nch(-0.5<<0.5)=8000 TRD TOF TPC ITS 84’210 primary particles PHOS

  12. STRUTTURA NUCLEARE e REAZIONI a EXP-INFN Multiframmentazione Equazione di stato Transizione di fase Liquido-gas ISOSPIN 50 MeV/A LNS NUCLEX Fiesta N2P Fusione, fissione, Viscosita’, Termodinamica Struttura nucleare a temperatura finita LNL E N E R G I A Collisioni tra ioni (intervallo energetico ristretto, ma grande varieta’ di ioni) PRISMA MAGNEX EXOTIC struttura nucleare fusione sotto barriera stati debolmente legati e risonanze LNS, LNL Struttura nucleare in condizioni estreme Isospin, T e momento angolare GAMMA 5 MeV/A LNL, GSI, GANIL

  13. ISOSPIN 300fm/c 160fm/c Equazione di stato della materia nucleare: esperimenti con CHIMERA a LNS Dipendenza dall’isospin di EOS : Rapporto isotopico per framm.leggeri Coll periferiche Energia di simmetria (informazione per stelle di neutroni) Coll. Centrali Correlazione tra la velocita’ dei frammenti : Sonda per identificare la transizione tra emissone pronta e sequenziale Contronto tra 124Sn+64Ni 112Sn+58Ni • Esperimenti approvati su : • Simmetria di isospin, • Produzione di cluster, • Termodinamica e tempi di formazione

  14. Nucl-ex tcdw >>1 tcdw >>1 adiabatic b g b g Struttura nucleare a temperatura finita e il ruolo della dinamica della reazione • vibrazione dipolare (GDR) sonda la forma • dei nuclei a T finita e • meccanismi smorzamento LNL-Garfield GDR • Onset multiframmentazione Termodinamica R&D strumentazione fasci radioattivi (FAZIA) 132Ce Fluttuazioni Termiche forma TSF GDR dipende dalla deformazione TSF+ CN T (MeV) Esperimenti con ALPI a LNL 64Ni + 68Zn E LAB = 300-500 MeV Digitalizzazione segnali Sviluppo rivelatore modulare in collaborazione internazionale (ITALIA-FRANCIA)

  15. La forma dei nuclei ….. GAMMA PRISMA-CLARA 34Mg RIKEN LNL rotor LNL vibrator Spaziatura tra 2+ e 4+ dà informazione sulla forma Studio dei nuclei instabili ricchi di neutroni con N~20 36S 230MeV + 208Pb 36Si PRISMA Transizione tra regime vibrazionale e rotore tra Si and Mg at N=22 CLARA

  16. 64Ni 400MeV + 238U qGR = 64o E4+/E2+ = 2.20 58Cr E6+/E2+ = 3.65 E(5) critical point symmetry vibrator to g-unstable rotor F.Iachello From our data the 1057 keV transition is the 4+ → 2+ member of the yrast cascade. Therefore 58Vg.s. is probably 3+, also predicted at low energies.

  17. Test case: 127Sn from 136Xe fragmentation g=0.168 Same values for relativistic fission and projectile fragmentation Spin-alignment is present in both relati-vistic fission and in projectile fragment-ation for high-Z beams. Neutron rich nuclei in heavy nuclei are accessible for moments studies Rare ISotope INvestigation at GSI Stopped Campaign (exotic beams) 10/2005 – 2007 • Preliminary results: • - Proton radioactivity in 54Ni • - Low-lying structure of 86Tc revealed • - Isomeric ratios for 206Hg • - New Isomers in: 204Au,204Pt,203Pt,189Ta • Highest spin isomers ever seen in projectile • fragmentation of 148Tb and 147Gd • 8+ Isomer in 130Cd • waiting point in r-process

  18. 68Ni E (CsI) dE (Si) Relativistic Coulomb excitation of 68Ni: Search for Pygmy Resonance Does Neutron rich nuclei exhibit a strong (g,n) strength component near particle threshold ? Relativistic mean field approach - Collective vibration of neutron skin - Random phase approximation approach - Non Collective p-h excitation ~ 10.5 MeV BaF2 68Ni emission At ECM ~ 10-11 MeV Strength measured with all Rising detectors At ECM ~ 4-6 MeV Strength measured with Miniball Detectors Analysis in progress

  19. LNS MAGNEX Reazioni break-up e trasferimento: nuclei esotici leggeri • 17F+208Pb • Diffusione elastica • e breakup • Studio struttura ad alone per protoni EXOTIC COMMISSIONING TERMINATO Misure con fasci radioattivo 8Li prodotto da EXCYT LNL

  20. ASTROFISICA NUCLEARE applicazioni interdisciplinari e fisica fondamentale

  21. •THM data •THM data -Direct data -Direct data 9Be(p,a)6Li Nuclei nell’ Universo : Reazioni nucl. di interesse astrofisico Picco di Gamow 30-500 keV Metodo indiretto del THM (attraverso una reazione a 3 corpi) indiretto diretto ASFIN2 - LNS Sezione d’urto per l’abbondanza del Be LUNA 3He (3He,2p)4He 12C(α,)16O LNGS ERNA Cinematica inversa min=20 fb, con 2 eventi/mese

  22. LNS 10/06/2005 EXCYT CS-driver Productiontarget ISOL Tandem - post accelerator Upgrade con nuovo ciclotrone

  23. 3He(,g)7Be Q=1.6 MeV LUNA a LNGS • Neutrini solari Proprieta’ del nucleo del sole • Sezione d’urto fino a 60-70 keV (CM energy) usando fasci di 4He su bersaglio di 3He • Reazioni a 100-150 keV (CM energy) via off-line decadimento radioattivo dei nuclei prodotti e raccolti in un catcher • errore finale < 5 % • Big-Bang 7Li 25Mg(p,)26Al • Nucleosynthesis Mg-Al • interesse in astronomia per il • decadimento gamma del 26Al • sezione d’urto a 180-400 keV (CM energy) con rivelatori Ge non sottoterra • sezione d’urto a piu’ basse energie con BGO (underground)

  24. The 243Am(n,g) reaction First measurement worldwide Mass=10 mg; Activity > 80 MBq! C12H20O4(6Li)2 Neutron Absorber Neutron Beam 10B loaded Carbon Fibre Capsules The 240Pu(n,g) reaction FISICA Nucleare applicativa : n_TOF al CERN • Misure in actinidi con lunghe vite e i dati sulla reazione 243Am(n,) sono i primi esistenti. • Programma sperimentale 2006-2010: • Misure su Mo, Ru,. Pd, Fe, Ni, Zn, Se (Stellar Nucleosyntesis e utili per ADS); • Sezioni d’urto di cattura su isotopi radioattivi di U, Pa, Am e Cm (utili per la produzione di energia e l’incenerimento di scorie radioattive). Misure con neutroni En = 1eV -250 MeV Spallazione : 20 GeV/c p(PS) su Pb

  25. n=2 n=1 (l’energia di transizione e’ diversa da quella nominale ) Fisica Fondamentale : VIP a LNGS Violazione principio di Pauli Transizione atomica In Cu 4.5 x 10-28 Misura a LNF : PLB641(2006)18. The VIP experiment has the scientific goal of reducing by four orders of magnitude the limits on possible violations of the Pauli exclusion principle (PEP) for electrons, by measuring the PEP-violating X-ray transition in copper from the 2p to the 1s level, with 1s already occupied by 2 electrons (have energy displaced by ~ 400 eV w.r.t. “normal” transitions”); bring the probability of PEP violation to β2/2<10-30.

  26. ATHENAR&D ( Ge e Bo, Mi ) interazione gravitazionale degli antiatomi ( test del Principio di equivalenza e della CPT ) • Misura precisa della transizione • atomica 1S-2S per H e anti-H • per variazioni di ΔU (pot. grav.) • ΔUfornito dall’orbita della terra • su un periodo di 3 mesi • Precisione minore di 10-12 • Intrappolamento • Raffredamento • Spettroscopia • Studio apparato sperimentale • Accumulatore positroni • Magnete con comb. di magn. permanenti e SC • Rivelatore antidrogeno • Trappole inserite in un criostato • Mantenere accesso ottico Formazione di protonio in una reazione Chimica fra materia e antimateria Comunicato stampa

  27. FUTURO : Obiettivi di fisica • Laboratori • Nuova strumentazione

  28. FUTUR0 a LNF IR DANAE Wigglers rf Programma scientifico • Fisica del K • Fattori di forma del nucleone • Deeply bound states • Light source • Total cross section • -γγ physics Di interesse per la fisica Nucleare

  29. VEPP2000 DAFNE2 BEPC Perche’ misurare il fattore di forma time-like? Dati esistenti • Misurate dalla soglia fino a s~15 GeV2 • e+e-→ppbar (ADONE, DM1-2, FENICE, BaBar) • ppbar →e+e- (PS135 and PS135 at CERN, E760 & E835 at FNAL) Protone • solo una misura dalla soglia fino a s=4.4 GeV2 • e+e-→nnbar (FENICE) Neutrone Non esistono dati di polarizzazione (necessari per estrarre la fase relativa tra GE and GM) Ipotesi diverse su GE/GM influiscono fortemente sull’estrazione di GM, soprattutto nella regione di bassa energia Finestra di energia molto adeguata

  30. Deeply bound states con K (AMADEUS-SIDDARTHA coll.) minv< mp + mΛ FINUDA • Informazioni riguardanti la modificazione • della massa del kaone e dell’interazione K-N • nel mezzo nucleare • Argomento nuovo e di interesse (esperimenti a GSI e a J-PARC) . • indicazioni da FINUDA a LNF Previsioni per la densita’ (dinamica molecolare) Evidenza di un possibile stato legato • Studio di fattibilita’ con KLOE • e’ in corso • Misure delle larghezze parziali e • distribuzioni angolari richiedono • alta luminosita’

  31. La frontiera in struttura nucleare: Il limite della stabilita’ Nucleare rp-Process r-Process • SPES a LNL • Produzione di fasci radioattivi di seconda • generazione con la tecnica ISOL • Nuclei ricchi di neutroni con A = 60-160 1012-13 fissioni 108 pps di 132Sn • Studio della struttura nucleare • di nuclei instabili presenti • nelle stelle Implicazioni Astrofisiche proton drip-line Terra Incognita neutron drip-line • nucleosintesi nelle supernovae Proton Fe • abbondanze r-process • waiting points nuclei Neutron

  32. Nuclei lontano dalla valle di stabilita’ Al variare di N/Z varia il potenziale e le densita’ 28Ni Stable nuclei N/Z=1-1.5 Es =6-8 MeV r0 = 0.15 fm-3 Energia del primo stato 2+ … Heff [ ρ, ρ- ] con ρ = densità ρ = ρp+ρn ρ-= ρp - ρn n p La piu’ grande incertezza riguarda la parte isovettoriale o di SIMMETRIA del funzionale energia. Unstable nuclei 0.6 < N/Z < 4 Es~ 0-30 MeV r > 10-3 r0 n aloni, n skins, pygmy resonances… Nuova struttura a SHELL Nuove simmetrie, forme e coesistenza di forme, stati collettivi e n-skin

  33. 104-105 p/s 106-107 p/s 108-109 p/s 1011 p/s FACILITIES per la produzione fasci radioattivi con metodo ISOL : limite della stabilita’ nucleare (n-drip line) SPIRAL2 d-driver fissione con n EXCYT,TRIUMF GANIL,ORNL, REX-ISOLDE LOUVAIN SPES p-driver fissione con p EURISOL upgrading USA RIA >2015 2010-15 2006 100-200kW 10-20kW Pochi kW 5 MW Sviluppo tecnologia GSI Tecnica FRAMMENTAZIONE >2012-2013 NETWORKING di Facilities Regionali Complementari (LNL e GANIL)

  34. g Spettroscopia gamma (AGATA) Dimostratore(5 triple-clusters) 1π Array(15 triple-clusters) • Struttura nucleare • in nuclei esotici • utilizzando reazioni • di diverso tipo • Proprieta’ di • particella singola • Proprieta’ • collettive, forme, • simmetrie Il primo “tracking array” Accelatori: SPIRAL2, SPES, HI-Stable, FAIR 1πin operazione dal 2010 Accoppiato a rivelatori ancillari AGATA a 4 π nel 2018 ACQ + on line PSA + γ-ray tracking Collab. Europea a LNL nel 2007 e 2008 Accoppiato a PRISMA

  35. p Target 100 m GSI Future Facility PANDA Production rate 2x107/sec Pbeam = 1 - 15 GeV/c Nstored = 5x1010 p Internal Target SIS 100/300 • Lumin. = 1032 cm-2 s-1 SIS UNILAC FRS Alta risoluzione dp/p ~ 10-5 (electron cooling) Lumin. = 1031 cm-2 s-1 ESR HESR Super FRS Storage and Cooler Rings CR • 1011 stored and cooled 0.8 - 14.5 GeV antiprotons Primary Beams NESR • 1012/s; 1.5 GeV/u; 238U28+ • Factor 100-1000 over present in intensity • 2(4)x1013/s 30 GeV protons • 1010/s 238U73+ up to 25 (- 35) GeV/u Secondary Beams p 3 - 30 GeV RIB….

  36. PANDA: Fisica con antiprotoni a FAIR (GSI) ipernuclei Spettroscopia del Charmonio ad alta risoluzione Spettroscopia  su ipernuclei con Λ e doppia Λ Informazioni di struttura e sulla interazione Λ –N e Λ - Λ. Widths e branching di decadimento di tutti gli stati per estrarre informazioni sul confinamento dei quarks Eccitazioni gluoniche Mesoni nel nucleo: modificazione della massa Modificazioni proprieta’ mesoni nel mezzo nucleare e ripristino della simmetria chirale. Ricerca di eccitazioni gluoniche (ibridi, glueball) nella regione di massa (3 – 5 GeV/c2).

  37. (350 ricercatori di 14 paesi (46 istituti) ) periodo 2006-2009 Attivita’ di R&D

  38. FUTURO EXP LUNA: spiegare l’ abbondanza di C e O C e O dopo H e 4He sono gli elementi piu’ abbondanti Abbondanze elementi 12C e’ prodotto da 3α La reazione e’ stata studiata fino a 1 MeV Per studiare questa reazione a 500 keV (picco di Gamow a 300 keV) Nuovo Acceleratore di 3-4 MeV (anche per altre reazioni) 12C e’ distrutto da 12C(α,)16O

  39. Previsioni di spesa fino al 2010 Linea 1 : Dinamica dei quarks e degli adroni (121 FTE) Linea 2 : transizioni di fase (179 FTE) Linea 3 : Struttura Nucleare e dinamica delle reazioni (136 FTE) Line 4 : Astrofisica Nucleare (54 FTE) 490 FTE in totale

  40. Conclusioni • Attivita’ in corso : svolgimento del programma previsto + R&D per upgrade • Attivita’ nuove (priorita’ basate anche sulla maturita’ del progetto e tempistica) AGATA (rivelazione gamma- struttura nucleare) PANDA (fisica con antiprotoni a partire dal 2010) LUNA(nuovo acceleratore dedicato a LNGS) ………..Tempi piu’ lunghi PAX (misura transversita’) LABORATORI • SPES a LNL: Fasci radioattivi (A>60) struttura nucleare • DANAE a LNF : Fattori di forma + deeply bound states • Upgrade di EXCYT (RIB con A<60) per astrofisica e reazioni per equazioni di stato

  41. AA AA If no “effects”: RAA < 1 in regime of soft physics RAA = 1 at high-pT where hard scattering dominates Suppression: RAA < 1 at high-pT AA Nuclear Modification of Leading Part. Spectra? 1. Compare Au+Au to nucleon-nucleon cross sections 2. Compare Au+Au central/peripheral Nuclear Modification Factor: nucleon-nucleon cross section <Nbinary>/sinelp+p

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