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

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1 Dinamica dei quarks e degli adroni  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 Programmi in corso e loro evoluzione a breve termine Nuove proposte in fase di sviluppo Interesse scientifico per i nuovi progetti nei Interesse scientifico per i nuovi progetti nei Laboratori nazionali Laboratori nazionali Angela Bracco - Cortona, Ottobre 2006

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

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

4 Pentaquark : esperimenti su protone e deuterio Reazioni in studio:  p      p        p     Counts/4 [MeV ] M(nK + ) [GeV]  U.L. (95% CL) < nb -   p     K+nK+n Ricerca di stati esotici, spettroscopia adronica… Misura in corso : integrale di GDH a bassi Q2 (<0.05 GeV2/c2) FUTURO : e’ stato approvato l’upgrade in energy a 12 GeV a JLAB a JLAB MomentoMagnetico risonanza  + MomentoMagnetico asimmetria nella fotoproduzione di π 0 con n quasi libero asimmetria nella fotoproduzione di π 0 con n quasi libero preliminary Misure di alta precisione fino al 2008

5 Missing energy (MeV) p-Λ state K-MAID SLA 12 C(e,e’K) 12 B Λ PLB 622 (2005) C(K -,π - ) 12 C  stop K C 12  JLABJLAB Spettroscopia di ipernuclei 9.34 Misurasezioned’urtoper i diversi statieccitati ΔSΛSΛ SNSN T Interazione Λ-N nel nucleo : per nuclei medio pesanti serve risoluzione maggiore Rivelatori al Ge in FINUDA Test in futuro a LNF

6  ALICE at LHC  Na 60 at SPS  R&D SLHC (per il futuro)  HADES a GSI (decadimento e + e - a T= MeV) ransizione di fase della materia adronica Transizione di fase della materia adronica

7 Progressi nello studio della soppressione della J/  ……… 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 Energie di SPS ….. sono all’ “ONSET” della formazione del QGP Problema aperto: Natura della transizione? Teoria di F. Beccattini, L. Maiani et… al Ass. adr. Ass. nucl. IPER IPER

8 Altro Segnale QGP: Perdita di energia partonica nei JET 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) LHC: Pb-Pb a 5.5 TeV LHC: quench Informazione rilevante sulle caratteristiche dello stato formato nelle collisioni di ioni pesanti ultrarelativistiche SPS: cronin RHIC: cronin+ quench

9 HMPID TOF ITS  -arm ZDC /~100 m/

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

11 (slice: 2 o in  ) ITS PHOS TRD TOF HMPID 84’210 primary particles TPC Quarks-gluon Plasma Programma in GRID N ch (-0.5<  <0.5)=8000 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

12  Collisionitraioni (intervallo energetico ristretto, ma grande varieta’ di ioni) 5 MeV/A 50 MeV/A ENERGIA Multiframmentazione Equazione di stato Transizione di fase Liquido-gas 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 ISOSPIN NUCLEXFiestaN2P PRISMAMAGNEXEXOTIC GAMMA STRUTTURA NUCLEARE e REAZIONI EXP-INFN LNL, GSI, GANIL LNL, LNSLNS LNLLNL LNS, LNL

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

14 Struttura nucleare a temperatura finita e il ruolo della dinamica della reazione vibrazione dipolare (GDR) sonda la forma  vibrazione dipolare (GDR) sonda la forma dei nuclei a T finita e dei nuclei a T finita e meccanismi smorzamento meccanismi smorzamento    c   1 adiabatic GDR dipende dalla deformazione TSF TSF+ CN LNL-Garfield    c   1  Onset multiframmentazione Termodinamica Termodinamica R&D strumentazione R&D strumentazione fasci radioattivi (FAZIA) fasci radioattivi (FAZIA)  GDR T (MeV) Esperimenti con ALPI a LNL 64 Ni + 68 Zn E LAB = MeV 132 Ce Fluttuazioni Termiche forma Digitalizzazione segnali Sviluppo rivelatore modulare in collaborazione internazionale (ITALIA-FRANCIA)

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

16 From our data the 1057 keV transition is the 4  → 2  member of the yrast cascade. Therefore 58 Vg.s. is probably 3 , also predicted at low energies. 64 Ni 400MeV U  GR = 64 o E 4+ /E 2+ = 2.20 E 6+ /E 2+ = 3.65 vibrator to  -unstable rotor E(5) critical point symmetry 58 Cr F.Iachello

17 Rare ISotope INvestigation at GSI Stopped Campaign (exotic beams) 10/2005 – 2007 Test case: 127 Sn from 136 Xe 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 Preliminary results: - Proton radioactivity in 54 Ni - Low-lying structure of 86Tc revealed - Isomeric ratios for 206Hg - New Isomers in: 204 Au, 204 Pt, 203 Pt, 189 Ta - Highest spin isomers ever seen in projectile fragmentation of 148 Tb and 147 Gd -8+ Isomer in 130 Cd - waiting point in r-process

18 Relativistic Coulomb excitation of 68 Ni: Search for Pygmy Resonance Does Neutron rich nuclei exhibit a strong ( ,n) strength component near particle threshold ? At E CM ~ MeV Strength measured with all Rising detectors At E CM ~ 4-6 MeV Strength measured with Miniball Detectors Analysis in progress 68 Ni E (CsI) dE (Si) Relativistic mean field approach - Collective vibration of neutron skin - Random phase approximation approach - Non Collective p-h excitation ~ 10.5 MeV 68 Ni emission BaF 2

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

20 ASTROFISICA NUCLEARE applicazioni interdisciplinari e fisica fondamentale

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

22 CS-driver Production target ISOL Tandem - post accelerator 10/06/2005 Upgrade con nuovo ciclotrone

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

24 Misure in actinidi con lunghe vite e i dati sulla reazione 243 Am(n,  ) sono i primi esistenti. Programma sperimentale :  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). (utili per la produzione di energia e l’incenerimento di scorie radioattive). Programma sperimentale :  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). (utili per la produzione di energia e l’incenerimento di scorie radioattive). The 240 Pu(n,  ) reaction First measurement worldwide Mass=10 mg; Activity > 80 MBq! The 243 Am(n,  ) reaction FISICA Nucleare applicativa : n_TOF al CERN C 12 H 20 O 4 ( 6 Li) 2 Neutron Absorber 10 B loaded Carbon Fibre Capsules Neutro n Beam Misure con neutroni E n = 1eV -250 MeV Spallazione : 20 GeV/c p(PS) su Pb

25 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 β 2 /2< 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 Misura a LNF : PLB641(2006)18.

26 ATHENA R&D ( Ge e Bo, Mi ) interazione gravitazionale degli antiatomi ( test del Principio di equivalenza e della CPT ) Studio apparato sperimentale Accumulatore positroni Magnete con comb. di magn. permanenti e SC Rivelatore antidrogeno Trappole inserite in un criostato Mantenere accesso ottico 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 Intrappolamento Raffredamento Spettroscopia Formazione di protonio in una reazione Chimica fra materia e antimateria Comunicato stampa

27  Laboratori  Nuova strumentazione

28 DANAE IR Wigglers rf FUTUR0 a LNF Energy (cm) (GeV) Integrated Luminosity per year (ftbarn -1 ) 10 Total integrated luminosity (5 years, ftbarn -1 ) >503 Peak luminosity > (cm -1 sec -2 ) Fisica del KFisica del K Fattori di forma del nucleoneFattori di forma del nucleone Deeply bound statesDeeply bound states Light sourceLight source Total cross sectionTotal cross section - γγ physics- γγ physics Fisica del KFisica del K Fattori di forma del nucleoneFattori di forma del nucleone Deeply bound statesDeeply bound states Light sourceLight source Total cross sectionTotal cross section - γγ physics- γγ physics Programma scientifico Di interesse per la fisica Nucleare

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

30 Deeply bound states con K (AMADEUS-SIDDARTHA coll.) m inv < m p + m Λ Evidenza di un possibile stato legato Informazioni riguardanti la modificazioneInformazioni 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). Argomento nuovo e di interesse (esperimenti a GSI e a J-PARC). indicazioni da FINUDA a LNF Studio di fattibilita’ con KLOEStudio di fattibilita’ con KLOE e’ in corso Misure delle larghezze parziali e distribuzioni angolari richiedono alta luminosita’ Previsioni per la densita’ (dinamica molecolare)

31 La frontiera in struttura nucleare: Il limite della stabilita’ Nucleare Il limite della stabilita’ Nucleare Proton Neutron Terra Incognita Fe proton drip-line neutron drip-line r-Process rp-Process  nucleosintesi nelle supernovae  abbondanze r-process  waiting points nuclei Implicazioni Astrofisiche SPES a LNL  Produzione di fasci radioattivi di seconda generazione con la tecnica ISOL  Nuclei ricchi di neutroni con A = fissioni 10 8 pps di 132 Sn  Studio della struttura nucleare di nuclei instabili presenti nelle stelle

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

33 FACILITIES per la produzione fasci radioattivi con metodo ISOL : limite della stabilita’ nucleare (n-drip line) p/s p/s p/s p/s Pochi kW 10-20kW10-20kW kW 5 MW EXCYT,TRIUMF GANIL,ORNL,REX-ISOLDELOUVAIN GANIL,ORNL,REX-ISOLDELOUVAIN upgrading SPESp-driverfissione con p SPESp-driverfissione SPIRAL2d-driverfissione con n SPIRAL2d-driverfissione USAUSA NETWORKING di Facilities Regionali Complementari (LNL e GANIL) NETWORKING di Facilities Regionali Complementari (LNL e GANIL) Sviluppo tecnologia > GSITecnicaFRAMMENTAZIONE> GSITecnicaFRAMMENTAZIONE>

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

35 UNILAC SIS FRS ESR 100 m SIS 100/300 HESR Super FRS NESR CR Storage and Cooler Rings stored and cooled GeV antiprotons GSI Future Facility Primary Beams /s; 1.5 GeV/u; 238 U 28+ Factor over present in intensity 2(4)x10 13 /s 30 GeV protons /s 238 U 73+ up to 25 (- 35) GeV/u Secondary Beams p GeV RIB…. p Target PANDA Production rate 2x10 7 /sec P beam = GeV/c N stored = 5x10 10 p Internal Target Lumin. = cm -2 s -1 Alta risoluzione dp/p ~ (electron cooling) Lumin. = cm -2 s -1

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

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

38 FUTURO EXP LUNA: spiegare l’ abbondanza di C e O C e O dopo H e 4 He sono gli elementi piu’ abbondanti C e O dopo H e 4 He sono gli elementi piu’ abbondanti 12 C e’ distrutto da 12 C(α,  ) 16 O 12 C e’ distrutto da 12 C(α,  ) 16 O 12 C e’ prodotto da 3α 12 C e’ prodotto da 3α Abbondanzeelementi 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)

39 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 Previsioni di spesa fino al 2010

40 Conclusioni Attivita’ in corso : svolgimento del programma previsto  Attivita’ in corso : svolgimento del programma previsto + R&D per upgrade + R&D per upgrade  Attivita’ nuove (priorita’ basate anche sulla maturita ’ del progetto e tempistica) del progetto e tempistica) AGATA (rivelazione gamma- struttura nucleare) AGATA (rivelazione gamma- struttura nucleare) PANDA (fisica con antiprotoni a partire dal 2010) PANDA (fisica con antiprotoni a partire dal 2010) LUNA (nuovo acceleratore dedicato a LNGS) LUNA (nuovo acceleratore dedicato a LNGS) ………..Tempi piu’ lunghi PAX (misura transversita’) LABORATORI LABORATORI  SPES a LNLFasci radioattivi (A>60) struttura nucleare  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 Nuclear Modification of Leading Part. Spectra ? /  inel p+p nucleon-nucleon cross section 1. Compare Au+Au to nucleon-nucleon cross sections 2. Compare Au+Au central/peripheral Nuclear Modification Factor: If no “effects”: R AA < 1 in regime of soft physics R AA = 1 at high-p T where hard scattering dominates Suppression: R AA < 1 at high-p T AA


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