Fisica nucleare
all'INFN di Padova
La ricerca di Gruppo 3 sulla fisica del nucleo abbraccia un vasto intervallo di energie: dai meccanismi che regolano la vita delle stelle, alle condizioni dell’universo pochi istanti dopo il Big Bang. La missione di esplorare la fisica del nucleo è oggi interpretata in senso molto ampio, includendo ad es. studi sulla differenza tra materia e antimateria, la distribuzione dei quark all’interno dei nucleoni oppure lo studio del nucleo come sistema complesso a multicorpi alla scala mesoscopica.
La ricerca scientifica in quest’ambito è coordinata dalla Commissione Scientifica Nazionale 3 (CSN3).
La sezione INFN di Padova partecipa alle seguenti attività di ricerca:
Esperimenti
ALICE
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ha lo scopo di studiare gli effetti delle interazioni tra nuclei pesanti accelerati ad alte energie con il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Le condizioni estreme dell’urto ricreano quelle dell’universo poco dopo il Big Bang, quando i costituenti della materia, i quark e i gluoni, si trovavano liberi e non confinati all’interno di protoni e neutroni come oggi. Lo studio di questa fase dell’evoluzione dell’universo ci aiuterà a comprendere i processi con cui si formano le particelle che osserviamo oggi in natura e negli acceleratori di particelle.
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AsFiN
AsFiN (AstroFisica Nucleare) misura, principalmente, le reazioni nucleari di interesse astrofisico, ad esempio la nucleosintesi primordiale, cioè il processo di produzione dei nuclei leggeri durante le prime fasi dell’universo, i processi stellari di fusione nucleare nelle stelle giovani e quelli più avanzati fino ai processi esplosivi dell’universo come le supernovae. L’utilizzo di una tecnica di indagine, nota come “metodo del cavallo di troia”, permette di studiare indirettamente questi processi altrimenti difficili da ricreare in laboratorio.
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ePIC
ePIC (electron-Proton/Ion Collider Collaboration) è una grande collaborazione internazionale nata con l’obiettivo di costruire un multirivelatore ad alte prestazioni per tracciamento, identificazione di particelle e calorimetria destinato al futuro Electron-Ion Collider, l’unico nuovo grande acceleratore nel panorama mondiale dei prossimi vent’anni. La missione scientifica consiste nell’indagare le distribuzioni di quark e gluoni all’interno dei nucleoni. Accrescere la conoscenza di tali distribuzioni permetterà di chiarire l’origine di proprietà macroscopiche dei nucleoni come massa e spin e di esplorare condizioni estreme della materia, quali la saturazione gluonica. Il confronto tra le reazioni con protoni e quelle con nuclei permetterà di comprendere come in questi ultimi si modifichi il comportamento dei partoni. Il gruppo di Padova è impegnato nella costruzione del rivelatore di vertice, basato su tecnologie avanzate di sensori al silicio.
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GAMMA
GAMMA studia la struttura del nucleo atomico attraverso la misura di particelle cariche e radiazione elettromagnetica di alta energia (raggi gamma) prodotte in reazioni nucleari, con l’obiettivo di estendere la comprensione dei fenomeni nucleari anche a regioni della carta dei nuclidi lontane dalla valle di stabilità, dove il rapporto tra il numero di protoni e neutroni è in eccesso o in difetto rispetto ai nuclei stabili. Gli apparati sperimentali utilizzati sono compatti ed altamente segmentati per offrire alte efficienze ed ottime risoluzioni. GAMMA fa parte di diverse collaborazioni internazionali e svolge la sua attività sperimentale in laboratori di fisica nucleare nazionali e mondiali.
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LUNA3
LUNA3 (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) l’esperimento cerca di riprodurre in laboratorio le reazioni nucleari che generano la maggior parte dell’energia prodotta dalle stelle e che hanno permesso la sintesi degli elementi all’interno delle stesse e nell’Universo primordiale. Dato che le reazioni cercate sono molto rare e risultano difficili da misurare in un laboratorio normale, LUNA è collocato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, sotto la montagna che, con i suoi 1400 m di roccia, garantisce il “silenzio cosmico”.
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NA60+/DiCE
In determinate condizioni di densità di massa ed energia si verifica una transizione di fase dalla materia ordinaria a un mezzo costituito dai suoi costituenti elementari, i quark e gluoni. NA60+/DiCE è una proposta di esperimento per esplorare le condizioni e il modo in cui si entra in questo regime di costituenti liberi, con lo scopo di progredire significativamente alla nostra comprensione dell’interazione forte. L’esperimento userà il fascio di particelle del Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN.
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PANDORA
PANDORA è una nuova infrastruttura per lo studio dei plasmi, pensata per affrontare questioni di fisica fondamentale con ricadute anche in altri ambiti scientifici e tecnologici. Il suo obiettivo principale è misurare per la prima volta il decadimento di nuclei immersi in plasmi con condizioni simili a quelle presenti nelle stelle, cruciali per comprendere la nucleosintesi degli elementi. Il progetto integra una trappola magnetica superconduttiva da 3 tesla, un sistema avanzato di diagnostica non invasiva del plasma e un array di 14 rivelatori al germanio ad alta purezza per spettroscopia gamma.
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SPES_MED
Il cuore del progetto SPES (Selective Production of Exotic Species), realizzato presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, è il ciclotrone per protoni da 70 MeV. L’obiettivo del progetto è la realizzazione di una struttura avanzata per la produzione di fasci di ioni esotici ri-accelerati per studi di fisica nucleare e applicata. SPES_MED studia la produzione di radionuclidi per applicazioni mediche attraverso la misura delle sezioni d’urto nucleari e dei rendimenti ottenibili. I dati sperimentali raccolti vengono confrontati con i modelli di simulazione esistenti, contribuendo a migliorarne l’accuratezza e l’affidabilità per future applicazioni in medicina nucleare.
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