



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
Angela Bracco - Cortona, Ottobre 2006
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 LNF e LEDA a JLAB)
Lo spin del nucleone
di-hadron azimuthal
production
with transverse target
Funzione struttura
transversita’
Misura di Δs
Non c’e contributo dei quark s
MISURA
DIRETTA
nel 2015?
PAX-RD
COSY+CERN
polarizzazione
degli
antiprotoni
Ricerca di stati esotici, spettroscopia adronica…
Reazioni in studio: g p 
-
Q+
K
Counts/4 [MeV]
g p  Q+ K
g p  Q+ K- p+
Pentaquark : esperimenti
su protone e deuterio
K+n
M(nK+) [GeV]

U.L.
g p  Q++ K-
(95% CL) < 0.5-1.2 nb
Momento
Magnetico
risonanza D+
Misura in corso :
integrale di GDH
a bassi Q2 (<0.05 GeV2/c2)
asimmetria nella
fotoproduzione di π0
con n quasi libero
g p  p 0 pg '
Misure di alta precisione
fino al 2008
FUTURO : e’ stato approvato l’upgrade in energy a 12 GeV
a JLAB
Spettroscopia di ipernuclei
12C(K
K-
stop
12C
,π-)12
L
12C(e,e’K)12B
Λ
Misura
sezione
d’urto
per
i diversi
stati
eccitati
9.34
p-Λ
state
JLAB
K-MAID
SLA
Missing energy (MeV)
PLB 622 (2005) 35
Rivelatori
Interazione Λ-N nel nucleo :
al Ge
per nuclei medio pesanti serve
in FINUDA
risoluzione maggiore
Δ
S
S
Λ 
N 


(
r
)

(
r
)
+
(
r
)

+
(
r
)

+
(
r
)
V L- N
V0
V  s N s L V L l NL s L V N l NL  s N
     
+ V ( r )[3(  r )(  r -   )]
T
L
N
T
N
L
Test in futuro
a LNF
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- a T= 50-100 MeV)
Progressi nello studio della soppressione della J/………
Energie di SPS ….. sono all’ “ONSET” della formazione del QGP
Problema aperto: Natura della transizione?
IPER
Ass. nucl.
Ass. adr.
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
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
HMPID
m-arm
ZDC
TOF
/~100 m/
ITS
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’
Quarks-gluon Plasma
Programma in GRID
HMPID
TRD
Attivita’ di calcolo
e simulazione e analisi dati
(slice: 2o in )
ha fatto progressi con
Nch(-0.5<<0.5)=8000 la realizzazione di due
centri prototipi di
TOF
TIER2 (Catania e Torino)
TPC
ITS
Primi 2 TIER a CT e To
84’210 primary particles
PHOS
STRUTTURA NUCLEARE e REAZIONI
Multiframmentazione
Equazione di stato
Transizione di fase
Liquido-gas
50 MeV/A
E
N
Collisioni
tra
E
ioni
R
G
(intervallo
energetico
I
ristretto, ma
grande varieta’ A
di ioni)
5 MeV/A
a
Fusione, fissione,
Viscosita’,
Termodinamica
Struttura nucleare
a temperatura finita
struttura nucleare
fusione sotto barriera
stati debolmente legati
e risonanze
Struttura nucleare
in condizioni estreme
Isospin, T e momento
angolare
EXP-INFN
ISOSPIN
LNS
NUCLEX
Fiesta
N2P
LNL
PRISMA
MAGNEX
EXOTIC
LNS, LNL
GAMMA
LNL,
GSI, GANIL
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)
Correlazione tra la velocita’ dei frammenti :
Sonda per identificare la transizione tra
emissone pronta e sequenziale
160fm/c
Coll. Centrali
Contronto tra
124Sn+64Ni
112Sn+58Ni
300fm/c
Esperimenti approvati su :
 Simmetria di isospin,
 Produzione di cluster,
 Termodinamica e tempi di formazione
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
GDRtcdw132>>1
 Onset multiframmentazione
Termodinamica
R&D strumentazione
fasci radioattivi (FAZIA)
Digitalizzazione
segnali
Sviluppo rivelatore modulare
in collaborazione internazionale
(ITALIA-FRANCIA)
Fluttuazioni
Termiche
t dw forma
>>1
b
Ce
adiabatic
g
c
b
g
TSF
GDR
dipendeTSF+ CN
dalla T
deformazione
(MeV)
Esperimenti con ALPI a LNL
64Ni
+ 68Zn
E LAB = 300-500 MeV
La forma dei nuclei …..
Spaziatura tra 2+ e 4+ dà informazione
sulla forma
Studio dei nuclei instabili ricchi di
neutroni con N~20
34Mg
rotor
RIKEN
LNL
36S
PRISMA
230MeV + 208Pb
vibrator
36Si
CLAR
A
Transizione tra regime
vibrazionale e rotore tra
Si and Mg at N=22
64Ni
400MeV + 238U GR = 64o
E4+/E2+ = 2.20
58Cr E /E = 3.65
6+
2+
E(5) critical point symmetr
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.
Rare ISotope INvestigation at GSI
Stopped Campaign (exotic beams)
10/2005 – 2007
127Sn
Test case:
from 136Xe fragmentation
g=0.168
Preliminary results:
Same values for relativistic fission and
projectile fragmentation
Spin-alignment is present in both relativistic fission and in projectile fragmentation for high-Z beams.
Neutron rich nuclei in heavy nuclei are
accessible for moments studies
- 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
Relativistic Coulomb excitation of
68Ni:
Search for Pygmy Resonance
Does Neutron rich nuclei exhibit a strong (g,n) strength component near particle
threshold ?
58
Ni, 68Ni,
Relativistic mean field approach
- Collective vibration of neutron skin -
78
Ni photoabsorption
4
3.5
58Ni
3
68Ni
Random phase approximation approach
- Non Collective p-h excitation
mb
2.5
78Ni
2
1.5
1
0.5
0
0
MB
CLUSTER
BAF
50
5
10
Energy (MeV)
0.4
(Y(90°)-Y(142))/(Y90°)+Y142°))
Y Axis Title
30
20
10
0
0.2
0.0
2
4
6
8
10
g Energy [MeV]
-0.2
-0.4
6
8
10
12
14
gamma energy
68Ni
At ECM ~ 10-11 MeV Strength measured with all
Rising detectors
At ECM ~ 4-6 MeV Strength measured with
Miniball Detectors
E (CsI)
BaF2
~ 10.5 MeV
40
68Ni
15
dE (Si)
Analysis in progress
emission
12
Reazioni break-up e trasferimento: nuclei esotici leggeri
 17F+208Pb
Diffusione elastica
e breakup
 Studio
struttura ad alone
per protoni
COMMISSIONING
TERMINATO
Misure con fasci radioattivo
8Li prodotto da EXCYT
ASTROFISICA NUCLEARE
applicazioni interdisciplinari
e fisica fondamentale
Nuclei nell’ Universo : Reazioni nucl. di interesse astrofisico
Picco di Gamow
30-500 keV
Metodo indiretto del THM
(attraverso una reazione a 3 corpi)
9Be(p,a)6Li
•THM
-Direct
data
data
ASFIN2
- LNS
Sezione d’urto per
l’abbondanza del Be
indiretto
diretto
3He
(3He,2p)4He
12C(α,g)16O
Cinematica inversa
ERNA
min =20 fb, con 2 eventi/mese
CS-driver
Production target ISOL
Upgrade con nuovo ciclotrone
Tandem
- post accelerator
3He(a,g)7Be
Q=1.6 MeV
Neutrini solari
Big-Bang 7Li
LUNA a LNGS
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 %
25Mg(p,g)26Al
Nucleosynthesis Mg-Al
interesse in astronomia per il
decadimento gamma del 26Al
• sezione d’urto a 180-400 keV (CM energy) con rivelatori
• sezione d’urto a piu’ basse energie con BGO (underground)
Ge non sottoterra
FISICA Nucleare applicativa :
• Misure in actinidi con lunghe vite
243Am(n,g) 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).

n_TOF al CERN
e
i dati sulla reazione
Misure con neutroni
En = 1eV -250 MeV
Spallazione :
20 GeV/c p(PS) su Pb
The 243Am(n,g) reaction
First measurement worldwide
Mass=10 mg; Activity > 80 MBq!
C12H20O4(6Li)2
Neutron
Absorber
10B
loaded
Carbon
Fibre
Capsules
The 240Pu(n,g) reaction
Fisica Fondamentale : VIP a LNGS
Violazione principio di Pauli
n=2
n=1
Transizione
atomica
In Cu
(l’energia di transizione e’
diversa da quella nominale )
2
b / 2  6  10
-31
b 2 / 2  64.5
 10x-3110-28
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.
ATHENA
R&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.)
ΔU fornito dall’orbita della terra
su un periodo di 3 mesi
Precisione minore di 10-12
Studio apparato sperimentale
•Accumulatore positroni
•Intrappolamento
•Raffredamento
•Spettroscopia
•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

Laboratori
 Nuova strumentazione
FUTUR0 a LNF
Programma scientifico
IR
DANAE
Wigglers
rf
Energy (cm) (GeV)
Integrated Luminosity
per year (ftbarn-1)
Total integrated
luminosity (5 years,
ftbarn-1)
Peak luminosity
> (cm-1sec-2)
1.02
2.4
10
>50
3
8.1032
1032
• Fisica del K
• Fattori di forma del
nucleone
• Deeply bound states
• Light source
• Total cross section
• -γγ physics
Di interesse per la
fisica Nucleare
Perche’ misurare il fattore di forma time-like?
Dati esistenti
Misurate dalla soglia fino a s~15 GeV2
Protone • e+e-→ppbar (ADONE, DM1-2, FENICE, BaBar)
• ppbar →e+e- (PS135 and PS135 at CERN, E760 & E835 at FNAL)
Neutrone solo una misura dalla soglia fino a s=4.4 GeV2
• e+e-→nnbar
(FENICE)
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
VEPP2000 DAFNE2
BEPC
Finestra di energia molto adeguata
Deeply bound states con K (AMADEUS-SIDDARTHA coll.)
•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)
minv< mp + mΛ
•Studio di fattibilita’ con KLOE
e’ in corso
Misure delle larghezze parziali e
distribuzioni angolari richiedono
alta luminosita’
Evidenza di un
possibile stato
legato
La frontiera in struttura nucleare:
Il limite della stabilita’ Nucleare
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
Implicazioni
Astrofisiche
 Studio della struttura nucleare
di nuclei instabili presenti
nelle stelle
Proton
 nucleosintesi
nelle supernovae
Fe
Neutron
 abbondanze
r-process
 waiting
points nuclei
Nuclei lontano dalla valle di stabilita’
Al variare di N/Z varia il
potenziale e le densita’
p
Stable nuclei
N/Z=1-1.5
Es =6-8 MeV
r0 = 0.15 fm-3
Heff [ ρ, ρ- ]
con ρ = densità
ρ = ρp + ρn ρ- = ρp - ρn
n
La piu’ grande incertezza riguarda
Unstable nuclei
0.6 < N/Z < 4
Es ~ 0-30 MeV
r > 10-3 r0
la parte isovettoriale o di SIMMETRIA del
n aloni, n skins, pygmy resonances…
Nuova struttura a SHELL
28Ni
Energia del primo
stato 2+ …
funzionale energia.
Nuove simmetrie, forme e coesistenza
di forme, stati collettivi e n-skin
FACILITIES
per la produzione fasci radioattivi con metodo ISOL :
limite della stabilita’ nucleare (n-drip line)
EXCYT,TRIUMF
GANIL,ORNL,
REX-ISOLDE
LOUVAIN
upgrading
SPES
p-driver
fissione
con p
SPIRAL2
d-driver
fissione
con n
>2015
2010-15
2006
104-105 p/s
106-107 p/s
108-109 p/s
1011 p/s
Pochi kW
10-20kW
100-200kW
5 MW
Sviluppo tecnologia
NETWORKING di Facilities Regionali
Complementari (LNL e GANIL)
USA
GSI
Tecnica
FRAMMENTAZIONE
>2012-2013
Spettroscopia gamma (AGATA)
Dimostratore
(5 triple-clusters)
g
1π Array
(15 triple-clusters)
Struttura nucleare
in nuclei esotici
utilizzando reazioni
di diverso tipo
 Proprieta’ di
particella singola
 Proprieta’
collettive, forme,
simmetrie
ACQ + on line PSA + γ-ray tracking
Collab. Europea
a LNL nel 2007 e 2008
Accoppiato a PRISMA
Il primo “tracking array”
Accelatori: SPIRAL2, SPES, HIStable, FAIR
1π in operazione dal 2010
Accoppiato a rivelatori ancillari
AGATA a 4 π
nel 2018
PANDA
GSI Future Facility
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
p Target
HESR
Super
FRS
100 m
Primary Beams
CR
Storage and Cooler Rings
•1011 stored and cooled 0.8 - 14.5
GeV antiprotons
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….
PANDA : Fisica con antiprotoni a FAIR (GSI)
Spettroscopia
del
Charmonio
ad
alta
risoluzione
Widths e branching di decadimento di tutti gli
stati per estrarre informazioni sul confinamento
dei quarks
Eccitazioni
gluoniche
Ricerca di eccitazioni gluoniche (ibridi, glueball)
nella regione di massa (3 – 5 GeV/c2).
ipernuclei
Spettroscopia g
su ipernuclei con Λ
e doppia Λ
Informazioni di
struttura
e sulla interazione
Λ –N e Λ - Λ.
Mesoni nel nucleo: modificazione della massa
Modificazioni
proprieta’ mesoni
nel mezzo
nucleare
e
ripristino della
simmetria chirale.
(350 ricercatori di 14 paesi (46 istituti) )
periodo 2006-2009
Attivita’ di R&D
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,g)16O
Previsioni di spesa fino al 2010
CSN - III previsioni budget (KEuro)
CSN - III previsioni budget (kEuro)
Espesistenti
18000
16000
16000
14000
12000
12000
10000
10000
8000
8000
6000
6000
4000
4000
2000
2000
0
0
2005
2006
2007
2008
2009
esp
esistenti
18000
14000
2010
2005
Resources/FTE in kEuro (esistente+nuovo)
LINEA 1
LINEA 2
LINEA 3
LINEA 4
50
42,1
37,7
40
28,3
30
28,6
31,9
31,9
28,6
24,0
20
19,6
36,4
21,8
21,7
2006
2007
2008
2009
2010
Linea 1 : Dinamica dei
quarks e degli adroni
(121 FTE)
Linea 2 : transizioni di fase
(179 FTE)
32,2
31,4
28,1
27,7
nuovo
22,6
19,3
16,015,6
Linea 3 : Struttura Nucleare
e dinamica delle reazioni
(136 FTE)
10
Line 4 : Astrofisica Nucleare
0
2006
2007
2008
2009
2010
(54 FTE)
490 FTE in totale
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
Nuclear Modification of Leading Part. Spectra?
1. Compare Au+Au to nucleon-nucleon cross sections
2. Compare Au+Au central/peripheral
Nuclear
Modification
Factor:
d 2 N AA / dpT d
RAA ( pT ) 
TAAd 2 NN / dpT d
nucleon-nucleon
cross section
<Nbinary>/inelp+p
AA
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