Production of neutron-rich nuclei of the Terra Incognita Buongiorno Argomento ricerca Daniele Quero Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini”, Università degli Studi di Napoli Federico II INFN, Sezione di Napoli

Why to produce neutron-rich nuclei… Link to the search of the Island of Stability! Rank 3 in “The 11 Greatest Unanswered Questions of Physics”: How were the heavy elements from iron to uranium made? What is still unknown about the r-process? Nuclear Structure: quenching of shell closure in nuclei with large neutron excess Perché il topic è interessante? Scoperta isola, seaborg Rispondere domanda con processo r Effetti shell Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Multinucleon Transfer Cold-Fusion Hot-Fusion Carta segré metaforica Raggiungimento isola Fallimmenti Trasferimento, illustrerò n-capture Courtesy of Yuri Oganessian Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Exploring the Segré Chart Proton-rich: Fusion reactions Medium-havy neutron-rich: Fission, ISOL and In-Flight techn. Heavy and super- heavy neutron-rich: Fusion reactions with radioactive beams? neutron capture? multinucleon transfer reactions? ~7000 Nuclei ~3000 Known Nuclei ~290 Nuclei in Nature Island of Stability Posizione isola Terra incognita Varie areee Canali fallimentari per motivi tecnici o fisici Alternativa, illustrerò Processo r Importanza 126 Stable Nuclei Radioactive Nuclei Unknown Nuclei Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Choice of Observables Per affrontare questa ricerca, scelta osservabili ricade su mtke dei framm di uscita Collegabili a potenziale, calcolato nell’ambito del modello a goccia, e collegabili a effetti di shell Date condizioni iniziali, evoluzione con traiettorie sulla sup, nelle valli determinate dalle chiusure di shell Shell Effects in exit channel [1] V. Zagrebaev, W. Greiner, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 31 (2005) 825. Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati

Multinucleon Transfer Reactions Viscosity: Energy dissipation and exchange between Collective DoF and Thermal Bath The interaction potential surface[1] depends on the collective DoF: elongation, mass asymmetry, nuclear orientation, deformation… Time evolution: Langevin Equations Collective DoF Thermal Bath (Single Particle DoF) Friction Il potenziale proposto da z e g descrive simultaneamente diversi canali tra cui Dipende da un numero ristretto di gradi di libertà (modello agile) Gli altri sono il bagno termico Scambio per dissipazione Evuluzione langen dissipazione + stocastico 𝑚 𝑞 =− 𝜕𝑉 𝜕𝑞 −𝛽𝑚 𝑞 + 𝛽𝑇 𝑓(𝑡) [2] V.A. Zagrebaev and W.Greiner, J.Phys G 35, 125103 (2008) Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Prediction of the Model 238U + 248Cm @ 750 MeV Esempio di calcolo e previsione del modello Mtke dei frammenti producibili nella reazione Parte più popolata Interessante possibilità di raggiungere super pesanti Super-Heavy Region [3] V.Zagrebaev and W.Greiner, PRC 83 044618 (2011) Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

How to explore the shell N = 126 How strong is the stabilizing effect of shell closure? Proton Transfer from Pb to Xe appears to be favorable! Up to ~20 nucleons Q-values around zero 𝑸= (𝑴 𝒊𝒏 − 𝑴 𝒇𝒊𝒏 ) 𝒄 𝟐 𝑬 ∗ = 𝑬 𝒄𝒎 −𝑻𝑲𝑬+𝑸 The less the exitation the less evaporated neutrons: neutron-rich(er) for us!! 202Os Terra Incognita trovare modo per indagare i punti chiave della ricerca: Vedere se trasf è buono per terra incognita Esplorare 126 Studiare e sfruttare shell La scelta cade su xe pb per chiusura shell… Q valori [2] V.A. Zagrebaev and W.Greiner, J.Phys G 35, 125103 (2008) Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

A simple Mass Spectrometer Fragment trajectory What do we need: Time of Flight Energy and Momentum Conservation Law Start Stop Per misurare le osservabili che ci interessano apparato semplòice TOF TOF leggi TARGET Fragment trajectory Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati PRISMA setup @ LNL Fragments Mass Spectrum via TOF-TOF Analysis Z identification by ΔE-E Telescope-like Ionization Chamber Matrix Bragg Peak Analysis Trajectory evaluation in magnetic fields Ciò è stato fatto a legnaro sfruttando prisma Tof tof Diversi metodi per z Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Binary kinematics Good events Vs sequential fission Narrow gate Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Xe + Pb @LNL: Preliminary Results 106 Xe Pb 105 104 102 Dati preliminari Distrib mass framm primari plf e tlf Mtke, picco ben disitinto per 200 DE E +6p allo xe = os dall’altra parte 101 100 100 120 140 200 220 240 Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Conclusions… Exploring the “Terra Incognita” by the Multi-Nucleon Transfer Persistence of shell closures at N=82 and N= 126 in neutron- rich zone Possible production of nuclei of the Terra incognita Possible production of nuclei of interest for the r-process Xe + Pb results pave the way to the production of nuclei in the super-heavy region Grazie alla persistenza di effetti shell, canale buono per produrre nuclei Andare ai super pesanti Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati …and Perspectives Z evaluation pursuable by means of different exp. techniques: Kinematics-Killing (β-γ coincidence in fragment decay) Non-Killing (PRISMA trajectories, Bragg Chambers…) Extend the study to N=28 – 82 Neutron-rich nuclei beams to further exploit the potential of Multi Nucleon Transfer Continuare con z Sfruttare stesso canale con ribs di spes Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Thanks for the attention D. Quero1, E. Vardaci1, L. Corradi2 , E. Fioretto2, E.M. Kozulin3, V. A. Zagrebaev3, I.M. Itkis3, G. Knyazheva3, K. Novikov3 1Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Università degli Studi di Napoli and INFN Sezione di Napoli, Napoli, Italy 2Laboratori Nazionali di Legnaro, Legnaro (PD), Italy 3FLNR, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia

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The understanding of the r-process Neutron capture followed by β-decay Intense neutron fluxes: capture is much faster than β-decay… untill a waiting point is reached! Possible settings: neutron stars, type II supernovae Waiting point = neutron shell closure: last known is N=126, deeply in the Terra Incognita It is mandatory to study the neutron-rich nuclei produced along the path but available neutron fluxes are insufficient to repeat the process in lab What is it Settings Last waiting point and its location How to study How to produce? Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati -5 5 10 15 LogT1/2 s 1µs 1s 1h 1y 1My Neutron number 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 90 80 70 Proton number Life time->why stability island Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Degrees of freedom Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Potential energy surface Orientation as an effect Describes simoulteneously. Trnsfer is direct Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

𝑑𝑝 𝑖 𝑑𝑡 = − 𝜕 𝑉 𝑒𝑓𝑓 𝜕 𝑞 𝑖 − 𝛾 𝑖 𝑝 𝑖 𝜇 𝑖 + 𝛾 𝑖 𝑇 𝛤 𝑖 𝑡 Langevin Equations With inertia parameter µ 𝑑𝑞 𝑖 𝑑𝑡 = 𝑝 𝑖 𝜇 𝑖 ; 𝑑𝑝 𝑖 𝑑𝑡 = − 𝜕 𝑉 𝑒𝑓𝑓 𝜕 𝑞 𝑖 − 𝛾 𝑖 𝑝 𝑖 𝜇 𝑖 + 𝛾 𝑖 𝑇 𝛤 𝑖 𝑡 inertialess 𝑑𝛼 𝑑𝑡 = 2 𝐴 𝐶𝑁 𝐷 𝐴 1 + 𝐷 𝐴 2 𝛤 𝛼 𝑡 𝑑 𝜂 𝑁 𝑑𝑡 = 2 𝑁 𝐶𝑁 𝐷 𝑁 1 + 𝐷 𝑁 2 𝛤 𝑁 𝑡 𝑑 𝜂 𝑍 𝑑𝑡 = 2 𝑍 𝐶𝑁 𝐷 𝑍 1 + 𝐷 𝑍 2 𝛤 𝑍 𝑡 Equations Some DOF does not have an inertia parameter associated Dissipation and fluctuation go together Stochastic force is to take that into accounto, moreover, the trajectory in the potential landscape may be decided by the casual force in cases when all energy is dissipated and system is stuck in a stationary point Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati PRISMA and trajectrory The quadrupole is set in order to obtain trajectories more parallel to optical axis as possible Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Beta gamma coincidence, kinematic killing Fragments enter gs catcher and mix with it creating compounds. A flow pushes the molecules through a furncace and a filter. The molecules are deposited on a cool surface and b-g are detected Terzo Incontro Nazionale INFN 2016 - Frascati Daniele Quero

Z= 60 Xe Z= 54