COLLISIONI fra IONI PESANTI alle ENERGIE di FERMI

COLLISIONI
COLLISIONIfra
fraIONI
IONIPESANTI
PESANTI
alle
alleENERGIE
ENERGIE di
diFERMI
FERMI
(ESPERIMENTO
(ESPERIMENTOFIASCO
FIASCOeeNUCL-EX
NUCL-EXDYNA)
DYNA)
L’energia
L’energiadidiFERMI
FERMIdei
deinucleoni
nucleoninel
nel
nucleo
nucleoèèattorno
attornoaa38
38MeV,
MeV,
praticamente
praticamenteindipendente
indipendentedal
dalnumero
numero
didimassa
massaAA del
delnucleo
nucleoconsiderato.
considerato.
L’energia
L’energiacinetica
cineticamedia
mediadei
deinucleoni
nucleoni
all’interno
all’internodel
delnucleo
nucleoèèattorno
attornoaiai23
23
MeV.
MeV.
Ef
Le
Leenergie
energiedidibombardamento
bombardamentoattorno
attornoall’energia
all’energiadidi
Fermi
Fermidefiniscono
definisconouna
unazona
zonadiditransizione
transizionefra
fradue
due
meccanismi
meccanismididireazione
reazionenelle
nellecollisioni
collisionifra
franuclei.
nuclei.
In
Inogni
ognicaso,
caso,con
conleleenergie
energiedidibombardamento
bombardamento(da
(da20
20
aa40
40AMeV)
AMeV)utilizzate
utilizzatenon
nonsisiriescono
riesconoaa(e(enon
nonsisi
vogliono)
vogliono)eccitare
eccitarei igradi
gradididilibertà
libertàinterni
internidei
dei
nucleoni.
nucleoni.
Le
Lelunghezze
lunghezzed’onda
d’ondaassociate
associatealalmoto
motorelativo
relativodei
deinuclei
nucleiinteragenti
interagenti
(ioni
(ionipesanti,
pesanti,nel
nelnostro
nostrogergo)
gergo)sono
sonotali
talida
dagiustificare
giustificarerappresentazioni
rappresentazioni
classiche
classichedelle
delletraiettorie:
traiettorie:quindi
quindilele“palline”
“palline”nelle
nellefigure
figureche
cheseguono
seguono
sono
sonoda
daprendere
prenderequasi
quasisul
sulserio…
serio…
Dalle galassie ai quarks 2004
FISICA
FISICAdegli
degli IONI
IONIPESANTI
PESANTIaaENERGIE
ENERGIEdi
di
BOMBARDAMENTO
BOMBARDAMENTO INFERIORI
INFERIORI ee
SUPERIORI
SUPERIORI rispetto
rispettoall’ENERGIA
all’ENERGIAdi
diFERMI
FERMI
Prima della collisione
Dopo la collisione
Grande parametro d’urto: collisione profondamente inelastica
Basse
Basseenergie
energiedidi
bombardamento
bombardamento (1-10
(1-10
A
A’
B
A·MeV):
A·MeV): reazioni
reazionibinarie
binarie
profondamente
profondamenteinelastiche
inelastiche
B’
-2·10-22s
2·10-22s
ovvero
ovveroaa fusione
fusione
completa
completa. .
I Inuclei
nucleinello
nellostato
statofinale
finalesono
sono
eccitati
eccitati. .
Piccolo parametro d’urto: fusione completa
Grande parametro d’urto: partecipante - spettatore
A
Elevate
Elevateenergie
energiedidi
bombardamento
bombardamento(200-400
(200-400
A’
B
B’
partecipanti
-
5·10-23s
5·10-23s
A·MeV):
A·MeV):reazioni
reazioni
partecipante-spettatore
partecipante-spettatore
ovvero
ovvero frammentazione
frammentazione
esplosiva.
esplosiva.
Ad
Adenergie
energieancora
ancora
superiori
superiori sisiapre
aprel’accesso
l’accesso
ad
adaltri
altrigradi
gradididilibertà,
libertà,fino
fino
alalQGP….
QGP….
Piccolo parametro d’urto: frammentazione esplosiva
Dalle galassie ai quarks 2004
FISICA
FISICAdegli
degli IONI
IONIPESANTI
PESANTIalle
alleENERGIE
ENERGIEdi
di
FERMI
FERMI(30-50
(30-50A·MeV)
A·MeV)
Prima della collisione
Durante la collisione
(subito) Dopo la collisione
Grande parametro d’urto: formazione del neck eccitato
A’
A
A’
B
B’
B’
- 1·10-22s
1·10-22s
7·10-23s
Piccolo parametro d’urto: multiframmentazione
Velocità
Velocitàrelativa
relativabersaglio-proiettile
bersaglio-proiettile≈≈velocità
velocitàdidiFermi
Fermidei
deinucleoni
nucleoni
costituenti
costituenti(30-50
(30-50A·MeV):
A·MeV):fenomeni
fenomenididitransizione
transizionefra
frai idue
dueregimi
regimi
Collisioni
Collisioniperiferiche
perifericheeesemiperiferiche
semiperiferiche(reazioni
(reazionibinarie)
binarie): :
•eccitazione
•eccitazionedella
dellazona
zonadidicontatto
contatto(neck)
(neck)
•emissione
•emissionepronta
prontadidiparticelle
particelledalla
dallazona
zonadel
delneck
neck(davvero?
(davvero?sì,sì,secondo
secondo
FIASCO)
FIASCO)
•successiva
•successivaevaporazione
evaporazionedidiparticelle
particelledai
daiframmenti
frammentieccitati.
eccitati.
Collisioni
Collisionipiù
piùcentrali:
centrali:
•elevata
•elevataenergia
energiatrasferita
trasferita
•dissoluzione
•dissoluzionedel
delsistema
sistemainincluster
cluster(multiframmentazione
(multiframmentazionepronta)
pronta)
Dalle galassie ai quarks 2004
-19
Con
Contempi
tempicaratteristici
caratteristicidell’ordine
dell’ordinedidi1·10
1·10-19s s
da
dai idue
dueframmenti
frammentipesanti,
pesanti,oramai
oramaiben
benseparati,
separati,
“evaporano”
“evaporano”neutroni,
neutroni,protoni
protonieeparticelle
particellecariche
cariche
A’
leggere.
leggere.
B’
Dalle galassie ai quarks 2004
Dove
Dove sisi compiono
compiono queste
queste misure?
misure?
GSI
GSI aa Darmstadt
Darmstadt (Germania)
(Germania)
GANIL
GANIL aa Caen
Caen (Francia)
(Francia)
MSU
MSU aa East
East Lansing
Lansing (Michigan)
(Michigan)
ee da
da qualche
qualche anno
anno anche
anche al
al ….
….
Dalle galassie ai quarks 2004
CICLOTRONE
CICLOTRONESUPERCONDUTTORE
SUPERCONDUTTORE dei
dei
Laboratori
LaboratoriNazionali
Nazionalidel
delSud
Suddell’INFN
dell’INFN(Catania)
(Catania)
IlIlCiclotrone
CiclotroneSuperconduttore
Superconduttoredei
deiLNS
LNSrappresenta
rappresentauno
unodegli
degli
acceleratori
acceleratorididimaggior
maggiorinteresse
interesseper
perlalafisica
fisicadegli
degliioni
ionipesanti
pesanti
alle
alleenergie
energiedidiFermi,
Fermi,inintermini
terminididienergie
energieeetipo
tipodidifasci
fasci
disponibili.
disponibili.
In
Inparticolare
particolareèèpossibile
possibiledisporre
disporredidifasci
fascididiioni
ionipesanti
pesanticon
con
energie
energiedidibombardamento
bombardamentoattorno
attornoaaquelle
quelledidiFermi
Fermi. .
Di
Diparticolare
particolareinteresse
interesseèèlalastruttura
strutturatemporale
temporaledel
delfascio
fascio
(burst
FWHM))che
checonsente
consenteaccurate
accurate
(burstdididurata
duratainferiore
inferioreaa1ns
1nsFWHM
misure
misurediditempo
tempodidivolo.
volo.
1m
Dalle galassie ai quarks 2004
ESPERIMENTI
ESPERIMENTIFIASCO
FIASCOeeNUCL-EX
NUCL-EXDYNA
DYNA
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 17, 23, 30, 40 A·MeV
cinematica diretta e inversa
L.Bardelli*,
L.Bardelli*,M.Bini,
M.Bini,G.Casini,
G.Casini,A.Olmi,
A.Olmi,
A.Mangiarotti**,
P.R.Maurenzig,
A.Mangiarotti**, P.R.Maurenzig,G.Pasquali,
G.Pasquali,
S.Piantelli***
S.Piantelli***, ,G.P.,
G.P.,A.Stefanini
A.StefaninieeN.Taccetti
N.Taccetti
LNS
LNS- -Catania
Catania
Fase
FaseI:I:1998
1998
La
LaFase
FaseIIIIha
hafinito
finitolala
raccolta
raccoltadei
deidati
daticirca
circa
due
dueanni
annifafa
Fase
FaseII:
II: set-up
set-up
composito
compositocon
con
TEMPERATURE
TEMPERATURE- G.Raciti
G.Racitietetalal
** Borsa
BorsadidiDottorato
Dottorato
**
** Assegno
Assegnodidiricerca
ricerca2003
2003(ora
(orapost-doc
post-docaaHedeilberg)
Hedeilberg)
***
***Assegno
Assegnodidiricerca
ricerca(dal
(dal2002
2002aatutt’oggi)
tutt’oggi)
Tesi
Tesididilaurea
laureaconcluse:
concluse:L.Bardelli,
L.Bardelli,
A.Bartoli,
L.Bidini,
C.Coppi,
A.Bartoli, L.Bidini, C.Coppi,S.Poggi,
S.Poggi,
E.Vanzi,
E.Vanzi,
Tesi
Tesididilaurea
laureainincorso:
corso:P.Staccioli
P.Staccioli
FIASCO
FIASCOha
haoperato
operatocon
conrivelatori
rivelatori
sviluppati
sviluppatiad
adhoc;
hoc;NUCL-EX
NUCL-EXDYNA
DYNA
opererà
opereràcon
conililrivelatore
rivelatoreCHIMERA
CHIMERA
dei
deiLNS.
LNS.
Dalle galassie ai quarks 2004
ESPERIMENTO
ESPERIMENTOFIASCO
FIASCO(e(eNUCL-EX
NUCL-EXDYNA)
DYNA)
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 17, 23, 30, 40 A·MeV cinematica diretta e inversa
La
LaFISICA
FISICA
Studio
Studiodettagliato
dettagliatodel
delmeccanismo
meccanismopredominante
predominantenelle
nelle
reazioni
≈≈100,
reazionifra
franuclei
nucleidi
dinumero
numerodi
dimassa
massaA≈
A≈
100,ad
adenergie
energie
di
dibombardamento
bombardamentocomprese
compresefra
fra10
10ee40
40AMeV,
AMeV,ovvero
ovvero
delle
dellecollisioni
collisionidissipative
dissipativediditipo
tipobinario
binarioattorno
attornoall’energia
all’energia
didiFERMI.
FERMI.
n
Caratterizzazionedella
dellasezione
sezioned’urto
d’urtodidireazione
reazionenei
neivari
varicanali
canali(2,
(2,33
nCaratterizzazione
oo44corpi
corpinello
nellostato
statofinale)
finale)
n
nApprofondimento
Approfondimentodei
deimeccanismi
meccanismidididissipazione
dissipazionedell’energia
dell’energiacinetica
cinetica
relativa
relativanei
neigradi
gradididilibertà
libertàinterni
internidei
deinuclei
nucleieedeterminazione
determinazionedel
delgrado
grado
didiequilibrio
equilibrioraggiunto
raggiunto
n
nStudio
Studiodettagliato
dettagliatodella
dellasuddivisione
suddivisionedidienergia
energiaeemomento
momentoangolare
angolare
fra
frai idue
duepartner
partnerdella
dellareazione
reazione
n
nStudio
Studiodell’emissioni
dell’emissionididinon
nonequilibrio,
equilibrio,tipiche
tipichedelle
delleenergie
energiedidiFermi
Fermi
Risultati
Risultatiprecedenti
precedenticirca
circalalasuddivisione
suddivisionedell’energia
dell’energiaeedel
delmomento
momento
angolare
in
sistemi
simili:
angolare in sistemi simili:
G.Casini
G.Casinietetal:
al:PRL
PRL78,
78,(97),
(97),828
828; ;
G.Casini
G.Casinietetal:
al:PRL
PRL83,
83,(99),
(99),2537;
2537;
G.Casini
G.Casinietetal:
al:EPJ
EPJA9
A9(2000),
(2000),491
491; ;
Dalle galassie ai quarks 2004
Come
Come sisi compiono
compiono queste
queste misure?
misure?
Gli
Gliapparati
apparatiesistenti
esistentiper
perlolostudio
studiodella
dellafisica
fisicadegli
degliioni
ionipesanti
pesantialle
alle
energie
energiedidiFermi
Fermipresentano
presentanoun
ungrado
gradodidicomplessità
complessitàassai
assaielevato.
elevato.
• •copertura
ππ),),
coperturadidiun
ungrande
grandeangolo
angolosolido
solido(in
(inqualche
qualchecaso
casofino
finoalal98%
98%didi4π
4π
per
peruna
unacompleta
completaricostruzione
ricostruzionedell’evento
dell’evento
• •rivelatori
rivelatori(possibilmente)
(possibilmente)capaci
capacidi:
di:
•rivelare
•rivelareparticelle
particellecon
conpoteri
poteriionizzanti
ionizzantiprofondamente
profondamentedifferenti
differenti
•Discriminare
•Discriminareilil(ovvero:
(ovvero:riconoscere
riconoscerealmeno
almenoililnumero
numeroatomico
atomicoZZdel)
del)
maggior
maggiornumero
numerodidiparticelle
particellerivelate
rivelate
•misurare
•misurarei itempi
tempididivolo
volodelle
delleparticelle
particellerivelate,
rivelate,necessari
necessariper
peruna
una
ricostruzione
ricostruzionecinematica
cinematicadella
dellareazione
reazione(soluzione
(soluzionenon
nonda
datutti
tuttiadottata)
adottata)
• •necessità
necessitàdidioperare
operaresotto
sottovuoto
vuotoper
pereliminare
eliminaregli
gliassorbimenti,
assorbimenti,che
che
risulterebbero
risulterebberoproibitivi,
proibitivi,ininparticolar
particolarmodo
modoper
perleleparticelle
particellepiù
piùpesanti
pesanti(e(e
pure
purepiù
piùinteressanti)
interessanti)
• •configurazione
configurazioneaa“gusci
“gusciconcentrici”
concentrici”con
conuna
una
successione,
successione,alalcrescere
cresceredel
delraggio,
raggio,didi
rivelatori
rivelatorisempre
semprepiù
piùspessi:
spessi:primi
primigusci
gusciaagas
gas
(µm
(µmSiSiequiv.),
equiv.),poi
poiSilici/Plastici
Silici/Plastici(mm
(mmSiSi
equiv.)
equiv.)infine
infinescintillatori
scintillatoriinorganici
inorganici(dm
(dmSiSi
equiv.)
equiv.)
Dalle galassie ai quarks 2004
L’APPARATO
L’APPARATOdi
diFIASCO:
FIASCO:
VISTA
VISTAin
inPIANTA
PIANTAdel
delSET-UP
SET-UP
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 17, 23, 30, 40 A·MeV
cinematica diretta e inversa
X (cm )
Disposizione
Disposizionedei
deiRivelatori
Rivelatoriaagas
gasper
peri iframmenti
frammentipesanti
pesanti
100
80
60
40
20
0
BEAM
-20
-40
-60
-80
-100
TOP VIEW
-100
-50
0
50
100
Target
150
200
250
300
350
400
Beam-axis Z (cm)
Accorgimenti
Accorgimentinecessari
necessariper
perlalamisura
misuradei
deiframmenti
frammentipesanti:
pesanti:
••rivelatori
rivelatoriaagas
gassensibili
sensibilialla
allaposizione
posizionecon
consoglie
sogliedidirivelazione
rivelazione
molto
moltobasse
basse(<0.1A
(<0.1A·MeV)
·MeV)
2
••target
µµg/cm
targetsottile
sottile(<
(<300µ
300µ
g/cm)2)
M.Bini
M.Binietetal:
al:“Fiasco:
“Fiasco:aamultidetector
multidetectoroptimized
optimizedfor
forsemiperipheral
semiperipheral
heavy
ion
collisions
at
Fermi
energies”
NIM
A515
(2003)
heavy ion collisions at Fermi energies” NIM A515 (2003)497
497
Dalle galassie ai quarks 2004
BLOCCHI
BLOCCHIBASE
BASEdi
diRIVELAZIONE
RIVELAZIONE
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
PMT
Rivelatori
RivelatoriaaGas
Gas++
Rivelatori
RivelatorialalSilicio
Silicio++
Rivelatori
RivelatoriaaScintillazione
Scintillazione
96
telescopi
atelescopi
gas,
quadrati
aasemiconduttore
(30cm
xx 30cm),
didiarea
aaattiva
facce
28
xx
24
24 rivelatori
rivelatori
96
a
gas,
quadrati
semiconduttore
(30cm
30cm),
area
attiva
facce
28
180
telescopi
a
scintillatore
tipo
three2 sensibili
180
telescopi
a µ
scintillatore
threepiane
alla
posizione
(PPAC)
28mm
spessori
200
∆
E)
µµmm(E)
posti,
2con
pianeeeparallele
parallele
sensibili
alla(soluzione
posizione
(PPAC)
28mm
con
spessori
200
µmm(∆
(∆
∆
E)ee500
500tipo
(E)
posti,
element
phoswich
originale)
element
phoswich
(soluzione
originale)
aagruppi
di
4,
dietro
i
PPAC
più
in
avanti
gruppi
diframmenti
4, dietro i PPAC
più
in avanti
vettori
dei
pesanti
(A>20),
nonché
vettori velocità
velocità
dei
frammenti
pesanti
(A>20),
nonché
misura
del
tempo
di
volo
e
identificazione
dei
misura
del
tempo
di
volo
e
identificazione
dei
frammenti
residui
del
target
Energie
cinetiche
e
tempi
di
volo
(ToF)
frammentiEnergie
residui
del
target
cinetiche
e tempi
di evolo
(ToF)
frammenti
complessi
(IMF)
spettroscopia
frammenti complessi (IMF) e spettroscopiadidi
metodo
eeleggere
stima
delle
quantità
primarie
particelle
cariche
identificazione
ininZ
(∆
∆
eeininmassa
secondaria
metodocinematico
cinematico
stima
delle
quantità
primarie
particelle
leggere
cariche
identificazione
Z
(∆
∆E-E)
E-E)
massa
secondaria
(E
contro
dei
(Eseparazione
controTOF)
TOF)
deiframmenti
frammenti
isotopica
con
separazione
isotopica
conCsI(Tl)
CsI(Tl)per
perZ=1,2
Z=1,2
L.Bardelli
L.Bardellietetal:
al:“Application
“Applicationofofdigital
digitalsampling
samplingtechniques
techniquestotoparticle
particle
identification
in
scintillation
detectors”
NIM
A491
(2002)
244
identification in scintillation detectors” NIM A491 (2002) 244
M.Bini
M.Binietetal:
al:“Fiasco:
“Fiasco:aamultidetector
multidetectoroptimized
optimizedfor
forsemiperipheral
semiperipheral
heavy
heavyion
ioncollisions
collisionsatatFermi
Fermienergies”
energies”NIM
NIMA515
A515(2003)
(2003)497
497
Dalle galassie ai quarks 2004
La
La“ROSETTA”
“ROSETTA”dei
deiRIVELATORI
RIVELATORIaaGAS
GAS
ovvero
ovvero
La
Ladistribuzione
distribuzionedelle
dellecoincidenze
coincidenzedei
deidue
due
frammenti
frammentiprincipali,
principali,misurati
misuratidai
dairivelatori
rivelatori
aagas
gasin
inrappresentazione
rappresentazioneθθ//φφ
A’
Per
Perogni
ognicoppia
coppiadidiframmenti
frammentipesanti
pesantirivelata
rivelatasisiriesce
riesceaa
conoscere
conoscerelalaposizione
posizionedidiimpatto
impattosui
suirivelatori
rivelatoriaameglio
megliodidiun
un
mm
mmeeililtempo
tempodidivolo
voloaameglio
megliodel
delns
ns vettore
vettorevelocità
velocitànoto
noto
per
perentrambi
entrambii iframmenti
frammenti
determinazione
determinazionedella
dellacinematica
cinematica
della
dellareazione
reazione(almeno
(almenolele“gross
“grossfeatures”)
features”)
B’
PRODUZIONE
PRODUZIONEPROPRIA
PROPRIA
Dalle galassie ai quarks 2004
IIRIVELATORI
RIVELATORIATTORNO
ATTORNOalalTARGET
TARGET
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 17, 23, 30, 40 A·MeV
cinematica diretta e inversa
P
M
T
M.Bini
M.Binietetal:
al:“Fiasco:
“Fiasco:aamultidetector
multidetectoroptimized
optimizedfor
forsemiperipheral
semiperipheral
heavy
ion
collisions
at
Fermi
energies”
NIM
A515
(2003)
heavy ion collisions at Fermi energies” NIM A515 (2003)497
497
Dalle galassie ai quarks 2004
Z,(A)
Per
Peressere
essereidentificate
identificateininZ,Z,leleparticelle
particelledevono
devonoattraversare
attraversareililprimo
primo
elemento
del
“telescopio”:
soglie
di
identificazione
abbastanza
elevate
elemento del “telescopio”: soglie di identificazione abbastanza elevate
PRODUZIONE
PRODUZIONEPROPRIA
PROPRIA(elettronica
(elettronicadidifrontfrontend
endeeformazione)
formazione)
Dalle galassie ai quarks 2004
PRODUZIONE
PRODUZIONEPROPRIA
PROPRIA
Dalle galassie ai quarks 2004
La
Lacostruzione
costruzionedell’apparato
dell’apparatoha
hacoinvolto
coinvoltogran
granparte
parte
dei
deiricercatori,
ricercatori,dei
deitecnologi
tecnologieedei
deitecnici
tecnicidel
delGruppo
Gruppo
III
IIIdella
dellaSezione
Sezioneeedel
delDipartimento
Dipartimento(in
(inparticolare
particolare
l’Officina
l’Officinameccanica).
meccanica).
P.Calonaci,
P.Calonaci,U.Carcassi,
U.Carcassi,A.Catelani,
A.Catelani, R.Ciaranfi,
R.Ciaranfi,
P.DelCarmine,
P.DelCarmine,M.Falorsi,
M.Falorsi,D.Lolli,
D.Lolli,Nicola
NicolaPasqualetti,
Pasqualetti,
F.Maletta,
F.Maletta,M.Merciai,
M.Merciai,M.Montecchi,
M.Montecchi,C.Pregno,
C.Pregno,G.Tobia,
G.Tobia,
F.Velatini,
F.Velatini,
Sviluppi
Sviluppirecenti
recentieesignificativi
significativinel
nelnostro
nostrogruppo
gruppo
riguardano
riguardanol’applicazioni
l’applicazionidi
ditecniche
tecnichedigitali
digitaliaaquesto
questo
tipo
tipodi
dirivelatori
rivelatorieelalamessa
messaaapunto
punto di
diun
unnuovo
nuovo
sistema
sistemadi
dirivelatore-elettronica
rivelatore-elettronicaestremamente
estremamente
compatto
compattoeeversatile.
versatile.
Se
Seviviinteressa,
interessa,guardate
guardateililposter
posterdi
diL.Bardelli.
L.Bardelli.
Dalle galassie ai quarks 2004
Un
Unrisultato
risultatorecente
recenteottenuto
ottenutocon
conl’apparato
l’apparatoFIASCO:
FIASCO:
L’EMISSIONE
L’EMISSIONENON
NONSTATISTICA
STATISTICAdi
di
PARTICELLE
PARTICELLECARICHE
CARICHELEGGERE
LEGGERE(LCP
(LCP))ee
FRAMMENTI
FRAMMENTIDI
DIMASSA
MASSAINTERMEDIA
INTERMEDIA(IMF)
(IMF)
( (S.Piantelli
S.Piantellietetalal:PRL
:PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701) )
93Nb+116Sn
Collisioni
Collisionibinarie
binarie
periferiche
periferiche
EXP(4π
π corr.)
@ 30 A·MeV
TKEL = 160-320 MeV
SIMUL(Statistica)
b≈
≈ 9÷
÷10 fm
P
Confronto
Confrontofra
fradati
dati
sperimentali
per
sperimentali perprotoni,
protoni,
deutoni,
alfa
e
IMF
deutoni, alfa e IMF(sinistra)
(sinistra)
eequelli
previsti
sulla
quelli previsti sullabase
basedidi
un
uncalcolo
calcolopuramente
puramente
evaporativo
evaporativo(destra):
(destra):
mm/ns
P
D
D
mm/ns
cospicua
cospicuaemissione
emissione“a
“amidmidvelocity”,
sopratutto
per
velocity”, sopratutto per
IMF
IMF
He
mm/ns
He
Z=3-7
mm/ns
Z=3-7
-50
0
mm/ns
50
-50
0
50
L’intensità
L’intensitàdidi IMF
IMFaamidmidvelocity
è
estremamente
velocity è estremamente
superiore
superioreaaquella
quelladella
della
componente
statistica
componente statistica(c’è
(c’è
anche
ancheda
dadomandarsi
domandarsisese
quest’ultima
quest’ultimaèè presente)
presente)
mm/ns
S.Piantelli
S.PiantellietetalalPRL
PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701
Dalle galassie ai quarks 2004
PLOT
PLOTGALILEIANI
GALILEIANIINVARIANTI
INVARIANTIDI
DIVELOCITÀ
VELOCITÀ
ovvero
//Vpar
ovveroi iplot
plotVVperp
perp//Vpar
Vlab
Vettori
Vettorinon
nonapplicati!
applicati!
V del CM nel laboratorio
0
Dalle galassie ai quarks 2004
EVIDENZA
EVIDENZAdidiEMISSIONI
EMISSIONINON-STATISTICHE
NON-STATISTICHEdidi
LCP
LCPeeIMF
IMF
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 30 A·MeV
Cosa
Cosasisipuò
puòimparare
impararedalla
dallaforma
formadella
dellasezione
sezioned’urto
d’urtodell’emissione
dell’emissione
didiIMF
nel
piano
V
//V
osservata
per
le
collisioni
IMF nel piano Vperp //Vpar, osservata per le collisioniperiferiche?
periferiche?
perp
par,
Molte
Moltecose....per
cose....peresempio
esempiocome
comeevolve
evolveililmeccanismo
meccanismo didireazione
reazionesu
su
-22
-21)
tempi
dell’ordine
di
(10
÷
10
s
tempi dell’ordine di (10-22 ÷ 10-21) s
Z=3÷7
Simul
TKEL≈
≈≈200MeV
TKEL≈
200MeV
Exp
m m/ns
150
100
50
0
-100
-50
0
50
-100
mm/ns
Assenza
Assenzadidisignificative
significative
componenti
componentididivelocità
velocità
diditrascinamento
trascinamento lungo
lungo
laladirezione
di
direzione di
separazione
separazionedei
dei
frammenti
frammenti emissione
emissioneininun
unsistema
sistema
didiriferimento
solidale
riferimento solidale
col
colcentro
centrodidimassa
massa
emissione
emissionedurante
durantelala
fase
-50 didicontatto
0
50
fase
contatto
mm/ns
In
realt
à
si
può
dire
In realtà si può direanche
anche
200
0.02
didipiù…
più…
S.Piantelli
S.PiantellietetalalPRL
PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701
Dalle galassie ai quarks 2004
EVIDENZA
EVIDENZAdidiEMISSIONI
EMISSIONINON-STATISTICHE
NON-STATISTICHEdidi
LCP
LCPeeIMF
IMF
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 30 A·MeV
…basta
…bastafare
farequalche
qualchecalcolo
calcolodiditraiettorie
traiettoriecoulombiane
coulombiane
(tre
(trecorpi)
corpi)per
perindividuare
individuaredue
duemeccanismi
meccanismidiversi
diversididi
emissione
emissioneaamid-velocity,
mid-velocity,responsabili
responsabilidegli
degliandamenti
andamenti
sperimentali
osservati
sperimentali osservati
Z=3÷7
Z=3÷7
Fast Emission from surfaces
150
Very
Emission from the middle
Fast
t ≈ 10-22 s
t ≈ 10-21 s
100
m m /n s
TKEL≈
≈≈200MeV
TKEL≈
200MeV
100
50
0
0.01
-100
-50
0
50
-100
mm/ns
-50
0
50
mm/ns
S.Piantelli
S.PiantellietetalalPRL
PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701
Dalle galassie ai quarks 2004
Emissione
Emissionepronta
prontadalla
dallazona
zona
del
del“collo”
“collo”
I Inuclei
nucleisisiavvicinano
avvicinanolungo
lungoleletraiettorie
traiettorie
coulombiane
di
ingresso
coulombiane di ingresso
I Inuclei
nucleicollidono
collidono
IIdue
dueframmenti
frammentiche
chesisiallontanano
allontananovelocemente
velocementeee
simmetricamente
grado
diditrasferire
simmetricamentenon
nonsono
sonoin
grado
trasferire
Iin
nuclei
si
allontanano
I
nuclei
si
allontanano
impulso
coulombiane.
impulsotramite
tramiteleleforze
forze
coulombiane.
l’uno
dall’altro e si
l’uno dall’altro e si
forma
un
Per
trasversa
osservato
forma
un“collo”
“collo”
Perriprodurre
riprodurrelolospettro
spettrodidienergia
energia
trasversa
osservato
occorre
occorreammettere
ammettereche
chelalaparticella
particellasia
sialiberata
liberatacon
con
impulso
eedistribuzione
isotropa.
Il “collo”
si estende all’aumentare
impulsomedio
medionon
nonnullo
nullo
distribuzione
isotropa. della
Il “collo” si estende all’aumentare della
separazione
separazione
Qual è l’origine di questo impulso?
Qual è l’origine di questo impulso?
Ipotesi
Ipotesimolto
moltoplausibile:
plausibile:l’energia
l’energiadidiFermi
Fermidei
deinucleoni
nucleoni
che
formare
chesisisono
sono“aggregati”
“aggregati”per
per
formarela
laparticella
particella
Le
instabilità
del
fluido
Le
instabilità
del
fluido(Rayleigh)
(Rayleigh)
emessa
emessa
provocano
provocanolalaformazione
formazionedel
delpiccolo
piccolo
frammento…
frammento…
…
…che
chenon
nonriceve
riceveun
unsigificativo
sigificativo
trasferimento
trasferimentodidiimpulso
impulso coulombiano
coulombiano
eemantiene
mantieneun
unimpulso
impulsolongitudinale
longitudinale
sostanzialmente
sostanzialmentenullo
nullo
Dalle galassie ai quarks 2004
Fissione
Fissionerapida
rapidaindotta
indottadalla
dalla
deformazione
deformazionedel
del“collo”
“collo”
I Inuclei
nucleisisiavvicinano
avvicinanolungo
lungoleletriettorie
triettorie
coulombiane
coulombianedidiingresso
ingresso
I Inuclei
nucleicollidono
collidono
I Inuclei
sisi frammenti
L’emissione
dei
nuclei
L’emissionequasi
quasiaariposo
riposorispetto
rispettoad
aduno
uno
deidue
due frammenti
allontanano
l’uno
“costruisce”
nel
piano
allontanano
l’uno
“costruisce”gli
gliarchi
archididicerchi
cerchicoulombiani
coulombiani
nel
pianodelle
delle
dall’altro
e
si
forma
dall’altro e si forma
velocità.
velocità.
un
un“collo”
“collo”
Gli
Gliarchi
archinon
nonsolo
solocompleti
completiperché
perchéililframmento
frammentoemettitore
emettitorenon
nonha
ha
IlIl“collo”
viene
riassobito
dai
frammenti
“collo” viene
riassobito dai frammenti
ancora
Quantitativamente:
lala
ancoracompiuto
compiutouna
unarotazione
rotazionecompleta.
completa.
Quantitativamente:
che
risultano
deformati
che risultano deformati
estensione
estensionedegli
degliarchi
archieelalastima
stimadel
delmomento
momentoangolare
angolaretrasferito
trasferito
(nonché
(nonchédel
delmomento
momentodidiinerzia)
inerzia)permettono
permettonouna
unavalutazione
valutazione
-21
attendibile
attendibiledel
deltempo
tempodidiemissione
emissione(<
(<10
10-21s)s)
Uno
Unodei
deidue
dueframmenti
frammentinon
nonsostiene
sostienelala
deformazione
deformazioneeefissiona
fissionaquasi
quasi
immediatamente
rilasciando
un
immediatamente rilasciando unpiccolo
piccolo
frammento…
frammento…
…
…che
chericeve
riceveun
unsigificativo
sigificativo
trasferimento
trasferimentodidiimpulso
impulso coulombiano
coulombiano
da
daparte
partedel
delframmento
frammentopesante
pesanteche
chelolo
ha
haemesso
emesso
Dalle galassie ai quarks 2004
EVIDENZA
EVIDENZAdidiEMISSIONI
EMISSIONINON-STATISTICHE
NON-STATISTICHEdidi
LCP
LCPeeIMF
IMF
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 30 A·MeV
L’accordo
L’accordofinale
finaleèèmolto
moltosoddisfacente.
soddisfacente.
Exp
Simul
m m /n s
150
TKEL≈
≈≈200MeV
TKEL≈
200MeV
200
100
50
0
0.02
-100
-50
0
50
-100
mm/ns
-50
0
50
mm/ns
S.Piantelli
S.PiantellietetalalPRL
PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701
Dalle galassie ai quarks 2004
EVIDENZA
EVIDENZAdidiEMISSIONI
EMISSIONINON-STATISTICHE
NON-STATISTICHEdidi
LCP
LCPeeIMF
IMF
FFlorentine
lorentineIInitiative
nitiativeA
After
fterS
Superconducting
uperconductingC
Cyclotron
yclotronO
Opening
pening
93Nb+116Sn
@ 30 A·MeV
La
Laqualità
qualitàdell’accordo
dell’accordosisipercepisce
percepisce
ancor
ancormeglio
meglioosservando
osservandoleleproiezioni
proiezioni
sui
due
assi
V
-V
sui due assi Vperp -Vpar
perp
par
TKEL≈
≈≈200MeV
TKEL≈
200MeV
L’analisi
L’analisidei
deidati
datiraccolti
raccoltida
daFIASCO
FIASCOnella
nellaFase
FaseIIII
sta
stainsegnando
insegnandomolto
moltoriguardo
riguardoalla
allaenergia
energia
depositata
della
zona
di
contatto
(il
neck):
depositata della zona di contatto (il neck):essa
essaèè
confrontabile,
confrontabile,come
comeentità,
entità,con
conquella
quellaceduta
cedutaaiai
due
duenuclei
nucleiinteragenti
interagentieepoi
poirilasciata
rilasciata
principalmente
su
tempi
lunghi
sotto
principalmente su tempi lunghi sottoforma
formadidi
energia
energiacinetica
cineticadelle
delleparticelle
particelle“evaporate”.
“evaporate”.
Dato
Datoililnumero
numerorelativamente
relativamentepiccolo
piccolodidi
nucleoni
nucleoninella
nellazona
zonadidicontatto,
contatto,sisiha
hauna
una
grande
grandedensità
densitàdidienergia
energiadepositata
depositata
Per
Persaperne
sapernedidipiù,
più,date
dateun’occhiata
un’occhiataalal poster
posterdidi
Silvia
SilviaPiantelli.
Piantelli.
S.Piantelli
S.PiantellietetalalPRL
PRL88
88(2002)
(2002)052701
052701
Dalle galassie ai quarks 2004
ULTERIORI
ULTERIORIAPPROFONDIMENTI
APPROFONDIMENTIsulle
sulle
EMISSIONI
EMISSIONINON-STATISTICHE
NON-STATISTICHE
58Ni+112Sn
@ 45 A·MeV
58Ni+112Sn
@ 35 A·MeV
112Sn
+ 58Ni@ 35 A·MeV
L’esperimento
L’esperimentoNUCL-EX
NUCL-EXDYNA
DYNApresso
pressoi iLNS
LNSestenderà
estenderàqueste
queste
indagini,
cercando
di
approfondire
problematiche
aperte
indagini, cercando di approfondire problematiche aperteda
da
FIASCO:
FIASCO:
Qual
Qualèèilil“vero”
“vero”centro
centroininvelocità
velocitàdelle
delle
emissioni
di
IMF?
Il
centro
di
massa
emissioni di IMF? Il centro di massadel
del
sistema
o
il
centro
di
massa
nucleonesistema o il centro di massa nucleonenucleone?
nucleone?
Per
Perquesto
questotipo
tipodidiindagine
indagineèènecessario
necessario
utilizzare
un
sistema
fortemente
utilizzare un sistema fortementeasimmetrico
asimmetrico
Come
Comeevolvono
evolvonolelecaratteristiche
caratteristichedelle
delleemissioni
emissionididi
IMF
IMFaamid-velocity
mid-velocityininfunzione
funzionedella
dellavelocità
velocità
relativa
dei
due
nuclei
interagenti,
cioè
relativa dei due nuclei interagenti, cioèalalvariare
variare
dell’energia
di
bombardamento?
Qual
è
la
dell’energia di bombardamento? Qual è laenergia
energia
depositata
nella
zona
di
contatto?
depositata nella zona di contatto?
Per
Perquesto
questotipo
tipodidiindagine
indagineèèopportuno
opportunoutilizzare
utilizzareun
un
sistema
simmetrico
alle
energie
di
bombardamento
sistema simmetrico alle energie di bombardamento
massime
massimepossibili
possibili
Le
Lemisure
misuresono
sonopreviste
previsteper
perililprossimo
prossimomese,
mese,con
conililrivelatore
rivelatoreCHIMERA
CHIMERA
dei
LNS.
dei LNS.
Intanto
Intantol’apparato
l’apparatoFIASCO
FIASCOattende
attendedidiricominciare
ricominciareaamisurare….
misurare….
Dalle galassie ai quarks 2004
Recenti
Recentisviluppi
sviluppisui
suirivelatori
rivelatoriee“front
“frontend”
end”
Tecniche
Tecnichedigitali
digitalididiformazione,
formazione,analisi
analisididiforma
formaee
timing
timing
…
…eenoi
noicontinuiamo
continuiamoaacercare
cercaresoluzioni
soluzioniche
chemigliorino
migliorinoleleprestazioni
prestazionidegli
degli
apparati.
apparati.
Per
Peresempio:
esempio:
IlIlprossimo
prossimoturno
turnodidimisura
misuradell’esperimento
dell’esperimentoNUCL-EX
NUCL-EX(THERMO)
(THERMO)
presso
pressoi iLaboratori
LaboratoriNazionali
Nazionalididi Legnaro
Legnarodell’INFN
dell’INFNintegrerà
integrerà
nell’apparato
nell’apparatoGARFIELD
GARFIELDcirca
circa200
200digitalizzatori
digitalizzatoriveloci
velociprogettati
progettatiee
costruiti
costruitidal
dalnostro
nostrogruppo,
gruppo,cominciando
cominciandoaarimpiazzare
rimpiazzarel’elettronica
l’elettronica
analogica
analogicafino
finoad
adora
oraimpiegata.
impiegata.
Per
Persaperne
sapernedidipiù
piùsu
suquesto
questosviluppo,
sviluppo,sentire
sentireM.Bini,
M.Bini,G.Pasquali
G.Pasqualiee
R.Ciaranfi.
R.Ciaranfi.
Sullo
Sullosviluppo
sviluppodelle
delletecniche
tecnichedigitali
digitalieedei
deinuovi
nuovirivelatori
rivelatoriper
perioni
ioni
pesanti,
pesanti,sentire
sentireL.Bardelli
L.Bardellieedare
dareun’occhiata
un’occhiataalalsuo
suoposter.
poster.
L.Bardelli
L.Bardellietetal:
al:“Application
“Applicationofofdigital
digitalsampling
samplingtechniques
techniquestotoparticle
particle
identification
identificationininscintillation
scintillationdetectors”
detectors”NIM
NIMA491
A491(2002)
(2002)244
244
L.Bardelli
L.Bardellietetal:
al:“Time
“Timemeasurements
measurementsby
bymeans
meansofofdigital
digitalsampling
sampling
techniques:
a
study
case
of
100
ps
FWHM
time
resolutions
techniques: a study case of 100 ps FWHM time resolutionswith
withaa100
100
MSample/s,
12
bit
digitizer”
NIM
A
(2004),
accepted
MSample/s, 12 bit digitizer” NIM A (2004), accepted
Dalle galassie ai quarks 2004
Recenti
Recentisviluppi
sviluppisui
suirivelatori
rivelatoriee“front
“frontend”
end”
Tecniche
Tecnichedigitali
digitalididiformazione,
formazione,analisi
analisididiforma
formaee
timing
timing
Analisi
Analisidigitale
digitaledidiforma
formadidisegnali
segnalididiparticelle
particelleininun
unSilicio
Silicioinin
configurazione
configurazione“rovescia”
“rovescia”
Le
Leparticelle
particellesono
sonoidentificate
identificateininZZ(e(emarginalmente
marginalmenteininmassa)
massa)anche
anchesese
sono
sonocompletamente
completamentearrestate
arrestatenel
nelrivelatore
rivelatore
soglie
sogliedidiidentificazione
identificazione
molto
basse
molto basse
Dalle galassie ai quarks 2004
Un
Unringraziamento
ringraziamentoaatutti
tutticoloro
coloro--colleghi
--colleghipiù
piùeemeno
meno
giovani-che
mi
hanno
permesso,
in
questi
ultimi
tre
giovani-- che mi hanno permesso, in questi ultimi treanni,
anni,
didicontinuare
a
divertirmi
con
la
fisica,
nonostante
l’altra
continuare a divertirmi con la fisica, nonostante l’altra
attività
attivitàextra-ricerca
extra-ricercache
chemi
miimpegna
impegnanon
nonpoco.
poco.
In
Inparticolare
particolareun
ungrazie
graziedidicuore
cuoreaacoloro
coloroche
cheininquesti
questi
giorni
illustreranno
i
poster
giorni illustreranno i poster
FINE
FINE
Come
Come sisi compiono
compiono queste
queste misure?
misure?
n
n
n
n
n
n
n
n
IIPROBLEMI
PROBLEMISPERIMENTALI
SPERIMENTALI
(solo
(soloalcuni...)
alcuni...)
Come
Comesisiriesce
riesceaaclassificare
classificareleleparticelle
particellecome
comeappartenenti
appartenentialla
allastessa
stessa
collisione?
collisione?
Facile:
Facile:meno
menodidi1000
1000reazioni/s
reazioni/s
Come
Comesisidetermina
determinaililtipo
tipodidiparticella
particella(A,Z)?
(A,Z)?
Varie
Variesoluzioni,
soluzioni,nessuna
nessunabanale
banale(più
(piùfacile
facilecomprendere
comprenderesesesisitratta
trattadidiun
un
frammento
frammentopesante)
pesante)
AAquale
qualefase
fasedella
dellareazione
reazioneappartengono
appartengonoleleparticelle
particellepiù
piùleggere
leggererivelate?
rivelate?
-19
In
Ingenerale
generaleuna
unaimpresa
impresadifficile,
difficile,perché
perchéleledifferenze
differenzeinintempo
tempo(meno
(menodidi10
10-19
s)s)eeposizione
posizionedelle
delle“sorgenti”
“sorgenti”sono
sonotroppo
troppopiccole
piccoleper
peressere
esseremisurate
misurate
direttamente
direttamente
Come
Comesisimisura
misuralalaenergia
energiaoolalavelocità
velocitàdelle
delleparticelle?
particelle?
Molte
Moltesoluzioni
soluzionididivaria
variacomplessità.
complessità.In
Ingenerale
generalenon
nonoccorrono
occorronoaccuratezze
accuratezze
molto
moltospinte.
spinte.Per
Perlalavelocità,
velocità,intesa
intesacome
comevettore
vettorelalafaccenda
faccendasisicomplica
complica
ulteriormente.
ulteriormente.
CONSEGUENTEMENTE….
CONSEGUENTEMENTE….
Dalle galassie ai quarks 2004