LNS-Structure and Reaction Mechanisms Responsabili nazionali: Alessia Di Pietro e Domenico Santonocito Responsabile locale: Pierpaolo Figuera LNS-STREAM.

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1 LNS-Structure and Reaction Mechanisms Responsabili nazionali: Alessia Di Pietro e Domenico Santonocito Responsabile locale: Pierpaolo Figuera LNS-STREAM

2 Studio di particolari strutture nucleari (es. Clustering esotico ed aloni) in nuclei lontani dalla valle di stabilità. Studio degli effetti di struttura sui meccanismi di reazione. Tematiche dell’esperimento Studio delle proprietà della GDR in nuclei caldi Studio della GDR di pre-equilibrio Apparato di misura MEDEA + SOLE + MACISTE Apparato di misura CLAD

3 Studi sull’evoluzione delle proprietà della GDR vs E* nella regione A  110 -130 Studio del quenching della GDR ad alta E* Proprietà della GDR fino a E*  200 MeV E GDR indipendente da E* Larghezza aumenta fino a circa 14 MeV Strength 100% of EWSR (regola di somma) Proprietà della GDR per energie E*> 300 MeV: i pochi dati esistenti mostrano evidenze di una saturazione della M  di GDR. calcoli di modello statistico (CASCADE) predicono un incremento della M  di GDR 116 Sn + 12 C @ 17A MeV 116 Sn + 12 C @ 23A MeV MeV/A 116 Sn + 24 Mg @ 17A MeV 116 Sn + 24 Mg @ 23A MeV Misura di  e particelle cariche leggere in coincidenza con residui evaporativi. Sistemi simili in massa ma differente E* Studio della GDR in nuclei caldi popolati per fusione incompleta nella regione di energie 150 MeV <E*<330 MeV Confronto spettri gamma con Modello Statistico

4 Spettri linearizzati: (Y exp /Y cascade ) x Lorentziana Analisi degli spettri gamma CASCADE 36 Ar + 98 Mo @ 37A MeV dati a 17A e 23A MeV M  integrata (12 – 20 MeV) GDR quenching nei nuclei di massa A ~ 110 -130 appare a E*/A ~ 2 MeV/A Articolo in revisione - da inviare a PRC nelle prossime settimane 116 Sn+ 12 C 17A MeV 116 Sn+ 12 C 23A MeV 116 Sn+ 24 Mg 17A MeV 116 Sn+ 24 Mg 23A MeV E* A res 150 124 190 123 270 132 330 128 Caratterizzazione del nuclei caldi: Studio spettri di particelle Valutazione del pre-equilibrio Determinazione di E* - A

5 Attività relative all’apparato sperimentale MEDEA Esperimento sull’evoluzione delle caratteristiche della GDR nella regione A ~ 180-190: dipendenza del quenching dalla massa del sistema La GDR è stata studiata fino a E*/A ~ 1.2 MeV/A e non si è osservato quenching (misura con MEDEA) Popolare la GDR in nuclei caldi con E*/A = 1.3÷2.3 MeV adoperando fasci di 168 Er @ 17A, 20A, 23A MeV Investigare l’esistenza di un possibile link tra la scomparsa della GDR e la transizione di fase liquido-gas La misura conclude il problema GDR quenching Esperimento con MEDEA + SOLE + MACISTE Upgrade di MEDEA Rinnovo di parte dell’elettronica finanziata dal GR3 Make-up dei BaF2 (accoppiamento ottico) Estensione della rivelazione ai neutroni Simulazioni GEANT4 per studiare la risposta dei BaF 2 di MEDEA ai neutroni Valutati Efficienza – Cross-talk Misura di efficienza con 252 Cf Spettro sperimentale Utilizzo di cristalli accorciati per migliore base di volo e ridotta indeterminazione sul punto d’impatto – (uso fotomoltiplicatori a 12 dinodi) Attività da svolgere a partire dal 2015

6 Studio dell’evoluzione delle caratteristiche del Dipolo Dinamico vs massa del sistema in collaborazione con l’esperimento EXOTIC (Na, Pd, LNL) L’esistenza del dipolo dinamico è stata investigata nei nuclei 132 Ce e 192 Pb. La resa gamma di dipolo è stata estratta per differenza di spettri associati a due differenti reazioni che popolano un sistema composto in identiche condizioni di E e spin. 132 Ce con E*= 280 MeV 192 Pb con E*= 230 MeV 36 Ar + 96 Zr @ 16.0A MeV 40 Ar + 92 Zr @ 15.1A MeV C. Parascandolo et al. Acta Phys. Pol. B 44(2013)605 C. Parascandolo et al. Talk alla INPC 2013 Attività in collaborazione Calcoli BNV riproducono la posizione del centroide ma sovrastimano la resa gamma. 40 Ar + 152 Sm @ 11 A MeV 48 Ar + 144 Sm @ 10.1 A MeV Spettri  a 90 o Extra resa associata alla presenza del dipolo dinamico a 2 = -1 (puro dipolo) a 2 = -0.5 (dipolo + isotropa) B.Martin et al. PLB664(2008)47 D. Pierroutsakou PRC80 (2009) 024612 fusione fissione E dd Misurata distribuzione angolare dei gamma di dipolo dinamico in coincidenza con eventi di fusione e fissione fusione Attività continua nel 2015

7 R Alba et al 2013 J. Phys. Conf. Ser. 420 012162 - atti NN2012 Osipenko et al. Eur. Phys Journ. Plus 129(2014) 68 (Conceptual design report) Osipenko et al. NIM A723 (2013) 8 Misure di sezioni d’urto di produzione di neutroni da bersaglio spesso presso i LNS in collaborazione col gruppo di Genova Attività in collaborazione Risultati Distrib. Ang. 16 punti da 0° a 150° Accordo con i pochi dati esistenti (ed estensione dati) Disaccordo con le simulazioni MCNPX a bassa E n Confronto con dati esistenti Y exp = 0.1003 ± 0.003 stat ± 0.0053 sys n/p Y simul = 0.103 n/p @ 62 MeV ENDFVII Y other exp = 0.110 ± 0.003 n/p @ 66 MeV p + 9 Be E beam = 62 MeV Tale studio si colloca nell’ambito delle attività del programma strategico INFN/ENERGIA. Studio di un reattore con core subcritico ove le reazioni di fissione sono controllate fornendo neutroni mediante una sorgente esterna (ADS). Necessità di conoscere le sezioni d’urto di produzione dei neutroni da bersaglio spesso connesse al controllo del flusso di neutroni e quindi la potenza del sistema. Produzione di neutroni da bersaglio spesso Attività conclusa

8 Studio delle caratteristiche dei LaBr 3 presso i LNS in collaborazione con INFN-MI e con l’ESA Studio della linearità e delle risoluzione fino a 15 MeV Attività in collaborazione F.G.A. Quarati et al. NIMA629(2011)157 Effettuati vari test dei partitori e misure presso i LNS x caratterizzazione di rivelatori 3x3, 2 x 2 e 3.5 x 8 inches: sorgenti gamma Eu, Co, AmBe, PuC neutroni da AmBe su Ni gamma da 8.98 MeV fascio TANDEM di protoni da 22 MeV su 12 C gamma da 15.1 MeV Test per il commissioning dei moduli del multirivelatore FAZIA collaborazione FAZIA Partecipazione a vari esperimenti effettuati presso i LNS aventi lo scopo di testare le performances dei nuovi telescopi a 3 stadi (Si-Si-CSI) di FAZIA (rivelatore a 4  itinerante da utilizzare nelle nuove facilities per fasci esotici (SPIRAL2 e SPES), il cui sviluppo è stato finanziato dalla UE nella SPIRAL2PP). Goal: miglioramento dell’identificazione in carica e massa sia mediante DE – E che mediante PSA S. Carboni et al. NIM A664 (2012) 251 N. Le Neindre et al. NIM A701 (2013) 145 Attività continua nel 2015 Attività conclusa S. Piantelli et al. PRC 88 (2013) 064607 S. Barlini et al. PRC 87 (2013) 054607

9 Studio di fattibilità: rivelazione di particelle cariche leggere nel campo magnetico di SOLE Porre il bersaglio sull’asse magnetico del Solenoide (Bmax = 5 tesla) Tecnica usata in HELIOS ( Argonne ) Schema HELIOS Particelle emesse dal bersaglio seguono un moto elicoidale e sono focalizzate lungo l’asse del solenoide: T cyc = 2  m/Bqe z = v par T cyc Rivelazione mediante array di Si a posizione posti lungo l’asse del fascio in geometria opportuna per far passare il fascio ed il recoil Cosa serve misurare: il punto d’impatto z (  x = 1 mm) E lab ToF delle particelle (~ 1 ns) In un campo omogeneo ToF = T cycl Quantità derivate: Tipo di particella m/q E cm  cm T cycl = 65.6 * A/qB (ns) (con A in amu, B in Tesla) B= 2 Tesla B = 3 Tesla Protoni 32.8 (ns) 21.9 (ns) d, Alfa 2+ 65.6 (ns) 43.7 (ns) trizio 98.4 (ns) 65.6 (ns ) Timing di qualche ns per identificazione

10 Cosa è possibile studiare dipende da: Cinematica Intensità del campo Dimensioni del Magnete La qualità del risultato dipende da: La precisione con cui si conosce il campo Il tipo di array adoperato Lo spettrometro è uno strumento ideale per la misura di reazioni dirette: Scattering elastico e inelastico (p,p’), (d,d’), ( ,  ’) Transfer di un nucleone (d,p), (p,d), (t,d), ….. Scambio carica ( 3 He,t) … Reazioni di interesse astrofisico ( ,p),(p,  ),( 6 Li,d) …. beam Elastico o reazioni con Q<0 Solenoide beam reazioni con Q>0 Il magnete trasforma la correlazione (E lab,  lab ) in (E lab,z) 17 C(d,p) 18 C @ 25A MeV Migliore separazione delle linee cinematiche e alta efficienza di rivelazione z (cm)theta Energia (MeV) Studio di fattibilità: rivelazione di particelle cariche leggere nel campo magnetico di SOLE

11 Modello di Sole in OPERA -100 -50 0 50 100 z (cm) 1 10 4 2 10 4 3 10 4 B (gauss) Valutati: z di impatto sull’asse ToF impiegato per ritornare sull’asse Raggio massimo raggiunto dal protone in funzione di E e  lab Simulazioni effettuate assumendo: Emissione di un protone (a vari angoli ed Energie) dal centro del magnete (in z) e a partire dall’asse magnetico B = 3 Tesla - impatto dei protoni theta lab allineamento tra asse del fascio e asse del magnete Emittanza del fascio distribuzione spaziale sul target effetto della dimensione dei rivelatori attività continua 2015 Studio di fattibilità: rivelazione di particelle cariche leggere nel campo magnetico di SOLE

12 LNS-STREAM: motivazioni Nei nuclei leggeri gli effetti quantistici fanno si’ che negli stati fondamentali dei nuclei siano presenti strutture molto particolari. In LNS-STRucturEAndMechanisms ci siamo proposti di studiare: 1)Particolari strutture come aloni nucleari e configurazioni a cluster esotico in nuclei n-rich; 2)Effetto che hanno queste particolari strutture sui vari processi di collisione:  Scattering elastico  Reazioni dirette  Fusione

13 Studi di clustering molecolare ed esotico. Scattering elastico di una particella pesante B su target leggero b permette di studiare le proprietà del nucleo composto in C: B+b  C*  B+b Misura della funzione di eccitazione a  cm  180º  visibilità di risonanze. Scattering elastico di una particella pesante B su target leggero b permette di studiare le proprietà del nucleo composto in C: B+b  C*  B+b Misura della funzione di eccitazione a  cm  180º  visibilità di risonanze. D. Torresi et al. Int.Jour.Mod.Phys.Nucl.Phys. 20,1026(2011) Esperimento RSM @ EXCYT: funzione di eccitazione  ( 8 Li, 8 Li)  per studiare stati del 12 B D.Torresi et al. in preparation Approvato dal PAC di TRIUMF l’esperimento di scattering risonante 9 Li+ 4 He per studiare stati a cluster esotico nel 13 B. Approvata dal PAC di TRIUMF anche una LoI che intende estendere lo studio al 15 B utilizzando un fascio di 11 Li.  Effettuati vari esperimenti per studiare la presenza di stati molecolari nei nuclei di massa A=10 (pubblicati su proceedings di conferenza).  Studio di stati a cluster in 17 O e 13 C. M.Milin et al. Eur.Phys.J. A 41, 335 (2009), M. Freer et al. PR C 84, 034317 (2011)

14 Nuclei con alone e nuclei debolmente legati: effetti sulle sezioni d’urto normal nucleusn-halo nucleus Raggio = r 0 A 1/3 V D r 0 A 1/3 Halo Effetti statici: grande estensione della funzione d’onda G.S. Effetti? coupling > sub barrier fusion effetti su altri canali di reazione? grande sezione d’urto? < sub barrier fusion? Effetti dinamici: accoppiamenti a stati nel continuo piccola energia di legame  break-up Gli effetti dinamici importanti anche in nuclei non-halo ma debolmente legati ( 6,7 Li e 9 Be)  piccola energia di legame  lunga coda nelle funzione d’onda La struttura ad alone ha conseguenze sui vari processi di reazione ?

15 Scattering elastico: Nuclei normali vs halo (Come la struttura ad alone influenza lo scattering elastico?) Calcoli CDCC fatti in collaborazione con l’Università di Siviglia. A. Di Pietro, V. Scuderi, A.M. Moro et al. Phys. Rev. C 85, 054607 (2012) I calcoli CDCC hanno mostrato che l’accoppiamente al break-up sia Coulombiano che nucleare è responsabile del long range absorption. 11 Be+ 64 Zn 10 Be+ 64 Zn 9 Be+ 64 Zn 11 Be+ 64 Zn 10 Be+ 64 Zn 9 Be+ 64 Zn 9,10,11 Be+ 64 Zn at E cm ≈ 24.5 MeV Distribuzioni angolari elastiche Sezione d’urto di reazione totale: 9 Be≈1.1b; 10 Be ≈1.2b; 11 Be ≈2.7b A. Di Pietro et al. Phys. Rev. Lett.105,022701(2010) 11 Be Suppression of Coulomb-nuclear interference  long range absorption

16 Threshold anomaly dei potenziali ottici Effetti di accoppiamento  DPP attrattivo Chiusura dei canali di reazione sotto barriera E cm (MeV) -U(E) (MeV) Canale di breakup possibile sotto barriera Nuclei debolmente legati 6 Li+ 64 Zn @ LNS Effetti di accoppiamento  DPP repulsivo 7 Li+ 64 Zn @ LNS 6 Li+ 64 Zn @ LNS Distribuzione di barriere del processo Q.E. M.Zadro et al. PRC 87, 054606 (2013) M.Zadro et al. PRC 80 (2009) 064610

17 Dove finisce il flusso mancante dal canale elastico? Transfer/break-up A. Di Pietro, V. Scuderi, A.M. Moro et al. Phys. Rev. C 85, 054607 (2012)  BU/TRANSF ≈1.1b ≈ 0.4  reac 11 Be+ 64 Zn @ REX-Isolde Pace 4 ○ Experiment 6 He+ 64 Zn@LLN Gran parte della sezione d’urto dovuta ad emissione di particelle  (≈ 80% della sezione d’urto di reazione) dovuta a transfer e break-up. V. Scuderi et al. Phys.Rev. C 84, 064604 (2011) 11 Be

18 Reazioni di fusione con nuclei con alone Tecnica sperimentale:attivazione dei bersagli Confronto tra σ FUS (E) halo ( 6 He) e σ FUS (E) non- halo ( 4 He) Osservazione: Maggiore σ FUS indotta da 6 He se confrontata con quella indotta da 4 He Problema: Enhancement osservato e’ legato ad effeti ‘statici’ o ‘dinamici’ ? Ma le σ FUS (E) ‘ridotte’ in modo da eliminare effetti statici sono uguali ! Conclusione La maggiore sezione d’urto per fusione indotta da 6 He può essere spiegata come dovuta ad effetti ‘statici’ E CM -V B σ/RB2σ/RB2 E CM (MeV)  (mb) 4 He+ 64 Zn 6 He+ 64 Zn V. Scuderi et al. PRC 84, 064604, (2011) Si(Li) E.R.

19 Nuclei debolmente legati: 6,7 Li+ 64 Zn funzione di eccitazione di fusione totale Rapporto  ( 6 Li)/σ( 7 Li) mostra una maggiore  ( 6 Li) causata da effetti dinamici. S  ( 6 Li)<S  ( 7 Li) @ LNS Sopra barriera la fusione completa domina la sezione d’urto, sotto barriera contribuiscono altri processi A. Di Pietro et al. PHYS. REV. C 87, 064614 (2013)

20 Spettro  da sorgente di 241 Am dopo l’attraversamento di un target di Sn+Nb confrontato con SRIM assumendo un target di spessore uniforme SEM cross view of 120 Sn target. Misure di attivazione:problemi con l’uniformità dei fogli. Stiamo preparando un articolo in cui vengono analizzati gli effetti di tali disuniformità sulla sezione d’urto di fusione a bassa energia. Misura delle sezioni d’urto di fusione sotto barriera indotte da ioni leggeri  impossibile rivelare direttamente i R.E. Tecnica sperimentale utilizzata: ATTIVAZIONE

21 Inconvenienti della tecnica di attivazione con target spessi o disuniformi: effects on σ FUS (E) ● The larger is the number of crossed targets the larger is the difference between the two E eff. ● For a fixed number of crossed targets the lower is the energy the larger is the difference between the two E eff. Beam energy distribution and target non uniformity have to be taken properly into account when irradiating multiple stack of targets. Related information should be reported in the corresponding papers. ● The larger is the number of crossed targets the larger is the difference between the two E eff. ● For a fixed number of crossed targets the lower is the energy the larger is the difference between the two E eff. Beam energy distribution and target non uniformity have to be taken properly into account when irradiating multiple stack of targets. Related information should be reported in the corresponding papers. Example: 6 Li+ 120 Sn @ LNS. Two runs each irradiating a stack of 4 targets (0.5 mg/cm 2 ) each followed by a Nb catcher (2mg /cm 2 ) E eff average energy at target center E eff =(E i +E f )/2 E eff weighted average taking all effects into account. Measured with a single thin target Stack 1 Stack 2 M. Fisichella et al. in preparation

22 Rivelatori a strip utilizzati ampiamente in esperimenti di fisica nucleare.  <  geo a causa della presenza della regione di interstrip che si estende oltre l’interstrip geometrica. Problemi nella misura di sezioni d’uto assolute. x y  -beam al RBI di Zagabria E Front = E Back Con la selezione E(Front) = E(Back) efficenza dipende da energia e bias! E Front = E Back_i +E Back i±1 Selezionando eventi con E Front = E Back_i +E Back i±1  efficenza più alta e indipendenza da energia e bias. Misura dell’efficienza di rivelatori a strip DSSSD D.Torresi et al NIM A 713(2013)11 L. Grassi et al. sottomesso a NIM A

23 Tests di produzione del fascio effettuati in collaborazione con il gruppo ERNA. Scopo dei tests: ottimizzare l’estrazione del fascio dalla sorgente viste l’ esigua quantità di isotopo radioattivo presente in sorgente. 10 Be radioattivi prodotto al PSI di Zurigo. Produzione di un fascio radioattivo di 10 Be ai LNS in batch-mode. LoI approvata dal PAC per studiare d.a. di scattering elastico, inelastico e scattering risonante su 4 He. Altri tests di produzione sono attualmente in corso ai LNS

24 Gli esperimenti da noi effettuati in questi anni hanno contribuito a:  Comprendere gli effetti che l’accoppiamento con il canale di break-up ha sul processo di scattering elastico e quasi-elastico.  Comprendere la competizione tra vari processi di reazione (transfer, break-up e fusione).  Identificare i processi che inficiano la sezione d’urto di fusione sopra barriera Coulombiana.  Identificare la presenza di stati a cluster molecolare o esotico su alcuni nuclei. Restano ancora da comprendere alcuni punti quali:  Dinamica di reazione dei processi diretti (collaborazione con il gruppo teorico di Siviglia).  Effetti sulla sezione d’urto di fusione sotto la barriera Coulombiana.  Identificazione di bande rotazionali in nuclei n-rich, determinare la configurazione di tali stati (momento d’inerzia) e vedere se per tali stati valgono ancora le regole tipiche del clustering classico.

25 Media di raggiungimento delle milestones nei vari anni PubblicazioniPub. su rivistaProc. conferenzaPub.Totali/ anno 5844140.8 Contributi a conferenzaInvitedOraliPoster 87254319 Pubblicazioni 2008-2013 anno

26 Richiesta Apertura nuova sigla LNS-STREAM2. Durata proposta: 4 anni. Tematiche principali in continuita’ con la sigla precedente. Durante i 4 anni di sigla valutazione sulla possibilita’ dell’utilizzo del solenoide SOLE come spettrometro di particelle leggere.

27 Attività prevista nel 2015 1) Scrittura articoli sui risultati exp. GDR nella regione di massa A ~120 - 130 2) Inizio analisi dati dell’esperimento sulle GDR calde in regione di massa A ~180 previsto entro la fine del 2014 3) Studio di fattibilità per utilizzare SOLE come spettrometro per particelle cariche leggere: simulazioni studio e realizzazione della meccanica per i test studio e realizzazione del porta-target primo test con set-up sperimentale 4) Partecipazione all’analisi dati sulla GDR di pre-equilibrio 5) Realizzazione sperimento approvato dal PAC di TRIUMF riguardante lo studio di stati a cluster di tipo 9 Li+  nel 13 B. 6) Test set-up sperimentale per verificare la fattibilità di realizzare misure di di fusione indotte da nuclei stabili debolmente legati si intende effettuare degli esperimenti per studiare la competizione tra fusione completa e processi diretti (LoI presentata al PAC dei LNS in collaborazione con CHIMERA e positivamente giudicata). 7) Completamento analisi dati dell’estensione delle misure di funzione di eccitazione di fusione 6,7 Li+ 120,119 Sn 8) Analisi dati dell’esperimento 15 N+ 4 He appena effettuato presso i LNS per studiare stati  cluster nel 19 F. 9) Continuazione dei test di produzione con la tecnica del batch-mode di un fascio radioattivo di 10 Be ai LNS.

28 Proponenti Rosa Alba 100% Giorgio Bellia 40% Alessandra Calanna 100% Antonio Del Zoppo 100% Alessia Di Pietro 100% Juan Pablo Fernandez Garcia 100% Pierpaolo Figuera 100% Maria Fisichella 100% Marcello Lattuada 100% Concettina Maiolino 80% Domenico Santonocito 80% n.1 assegno di ricerca 100% FTE: 10 + 1 FTE/ricercatore=0.91

29 Richiesta finanziaria 2015 Capitolo Apparati (kE): 45 16 kE: acquisto 4 rivelatori 10*50 mm 2 a Silicio a posizione per test con il solenoide SOLE. 24 kE: sostituzione di 2 rivelatori a strip DSSSD 50*50 mm 2 da 1 mm perché usurati. 5 kE: realizzazione meccanica per test con il solenoide. Riparazioni (kE): 5 5 kE: riparazione Si(Li) Capitolo Consumo (kE): 10 3 kE: cavi e connettori vari. 7 kE: elio per i test con il solenoide. Missioni (Interno + Estero) (kE): 60 Collaborazioni Zagabria-Orsay-Siviglia-Edimburgo Pisa-Padova-Milano Esperimento Triumf (Canada) Inventario (kE): 2 kE: acquisto computer. Totale (kE): 122

30 allineamento tra asse del fascio e asse del magnete Emittanza del fascio distribuzione spaziale sul target Studio di fattibilità per utilizzare SOLE come spettrometro per particelle cariche leggere Valutazione preliminare degli effetti di emissione dei protoni fuori asse magnetico E p = 3 MeV  lab = 120°