Progetto di ricerca di scienze

INFN – CSN3
4 Linee scientifiche secondo lo schema di classificazione del NuPECC
Nuclear Physics European Collaboration Committee
LINEA 2 (142 FTE)
LINEA 1 (112 FTE)
2 Esperimenti (CERN, LNS)
QUARKS AND HADRON DYNAMICS
PHASE TRANSITION OF NUCLEAR AND
HADRONIC MATTER
7 Esperimenti (Jlab, LNF, German-Labs)
(Nucleon spin physics, Nucleon Resonances, Nuclear medium effects,
Hypernuclei spectroscopy, Kaonic atoms, Pion atoms )
(Liquid-vapour phase transition and equation of state of nuclear
matter (EOS), Chiral symmetry restoration, Quark deconfinement,
Hadron to Quark Gluon Plasma (QGP) phase transition)
EXOCHIM
LINEA 3 (134 FTE)
LINEA 4 (86 FTE)
7 Esperimenti (LNL, LNS)
6 Esperimenti (LNGS, LNS)
NUCLEAR STRUCTURES AND
REACTIONS DYNAMICS
ASTROPHYSICS AND INTERDISCIPLINARY
RESEARCHES
(Fission and fusion reaction mechanisms, Production and study of very exotic
nuclei far from the stability region, Structure of nuclei from gamma
spectroscopy, Radioactive ion beam )
DREAMS
LNS-STREAM2
(Measurement of very low energy cross sections of astrophysical
interest, Stellar evolution, pp chain, CNO cycle;
Measurement of neutron cross sections of applicative and
astrophysical interest; Production and study of anti-hydrogen
atoms )
ASFIN2
Clementina Agodi LNS 01-07-2015
n_TOF
Trojan Horse
ASFIN2
Astrofisica Nucleare
 Studio di reazioni nucleari di interesse astrofisico nella regione di basse
energie (<100 KeV).
 Il metodo di misura delle sezioni d'urto di interesse,
basato su misure indirette che utilizzano la tecnica del Trojan Horse,
e' stato studiato in dettaglio dal gruppo ed applicato con successo a
varie reazioni.
 Il gruppo da diversi anni e' coinvolto in laboratori esteri e presso i LNS
in una articolata e documentata attivita' con fasci stabili ed
instabili.
is
ASFIN2
Lo studio dell’energia di produzione e della nucleosintesi nelle stelle richiede una
conoscenza sempre più precisa del “rate” di reazioni nucleari all’energie di interesse.
Difficoltà sperimentali: basse sezioni d’urto e “screening” elettronico
Trojan Horse Method (THM)
Questo metodo si è rivelato una potente tecnica, che fornisce un’alternativa di successo nel
determinare il fattore astrofisico S(E) di nucleo nudo. Ciò si ottiene misurando la sezione d’urto
relativa a particolari processi a tre corpi in un regime cinematico “ quasi libero”.
quasi free break-up
a
x
A
virtual reaction in nuclear field
A + x  c + C
s
c
Senza “Coulomb-suppression”
C
Senza effetti di “ Screening”
Non si ottengono valori assoluti di sezioni
d’urto: è richiesta una normalizzazione con
i dati diretti ad alta energia.
Trojan Horse
ASFIN 2014
Composizione del gruppo
Premiale *
1) Anzalone Antonello
2) Cherubini Silvio
3) Gulino Marisa
4) Indelicato Iolanda
5) La Cognata Marco
6) Lamia Livio
7) Musumeci Francesco
8) Pizzone Gianluca
9) Puglia Sebastiana M.R.
10) Rapisarda Giuseppe
11) Romano Stefano
12) Scordino Agata
13) Sergi Maria Letizia
14) Spartà Roberta
15) Spitaleri Claudio
16) Tumino Aurora
17) HAYAKAWA SEIYA
I Tec.
50%
R.U.
80%
Dip. altro ente
100%
Dott. Ric.
100%
Ric TD - INFN
100%
FIRB – Univ
0
P.O.
30%
Ric -INFN
100%
AssRic. Univ.
100%
AssRic Univ.-INFN
100%
P.A.
100%
P.A.
30%
Ass.Ric. Univ.-INFN
100%
Dott.Ric.
100%
P.O.
100%
P.A.
100%
Borsa postDoc INFN
100%
Totale:
* Percentuale di partecipazione contenuta in Asfin2
30%
30%
30%
(Resp. Nazionale)
30%
30%
30%
(Resp. Locale)
30%
(Resp. Nazionale)
30%
50%
13.9 FTE / 17 Ric
(2.9 Premiale)
ASFIN2
Sedi: LNS; Pg

Responsabili Nazionali @ LNS;

Partecipazione a livello Nazionale di 17 FTE di cui 13.9 ai LNS.

Finanziamenti richiesti dai LNS per il 2014: 132.5 k€

Finanziamenti assegnati ai LNS per il 2014: 100 k€
L’esperimento da diversi anni prende dati in laboratori esteri, come
College Station TX (USA), Debracen (Ungheria), RIKEN (Giappone),
Zagabria, solo per citarne alcuni e presso i LNS in una articolata e
documentata attività con fasci stabili ed instabili
ASFIN2
Esempi di questi studi sono riportati in:
- C.Spitaleri et al. ““Trojan horse” method applied to 2 H (6 L i, α) 4 He at astrophysical energies” Reviews of Modern Physics
2011 83 (1), 195 22
- Gulino M. et al “Suppression of the centrifugal barrier effects in the off-energy-shell neutron +17O interaction", Physical
Review C - Nuclear Physics, 87: 012801Physical Review C - Nuclear Physics (2013)
- Pizzone, R. et al (2013), "Recent Results for the Effects of Distortion in the Inter-Cluster Motion in Light Nuclei and
Application to Nuclear Astrophysics", Few-Body Systems:1-5
- Spitaleri C. et al. “The B-11(p, alpha(0))B-8 reaction at sub-coulomb energies via the trojan-horse method” Phys.Rev. C69
(2004) 055806
- L. Lamia et al 2012 J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 39 “New measurement of the 11B(p,α0)8Be bare-nucleus S(E) factor via
the Trojan horse method”
Nuovi sviluppi
Nell’ambito dell’esperimento ASFIN è nata una nuova attività legata alla misura
dei fattori astrofisici nei plasmi, tramite l’utilizzo di laser di alta potenza.
Il campo di ricerca è sicuramente promettente e di grande valenza scientifica.
DREAMS
Direct Reactions with Exotic ions And Multifragmentation Studies (In coll. CT, TO)
manyfold research lines
Pairing correlations
Italy, France, Brasil
Nuclear rainbow
Brasil, Italy
-Clustering
Brasil, Italy, USA
MAGNEX
Nuclear break-up
Greece, Italy, Spain
Giant monopole by FRIBS beams
Italy
Pick-up reactions
Italy, France, Japan
LASER driven nuclear
astrophysics
Italy, Romania, France
Single and double charge exchange
Italy, Japan
Ab initio
Canada, Italy, Brasil,
Morocco
DREAMS
Direct Reactions with Exotic ions And Multifragmentation Studies (In coll. CT, TO)
L’esperimento DREAMS ha tra i suoi obiettivi principali:
•
Lo studio di strutture nucleari e meccanismi di reazione su
diverse linee di ricerca, utilizzando lo spettrometro MAGNEX ed il
multirivelatore per neutroni EDEN (installato ai LNS nell’ambito di
un MoU con i colleghi francesi dell’IN2P3 di Orsay), sia con fasci
stabili che radioattivi.
• Tra le tematiche dell’esperimento vi è tra l’altro: lo studio della
spettroscopia di nuclei radioattivi, la frammentazione di nuclei
stabili medio-leggeri e di fasci radioattivi per applicazioni in
adroterapia e radioprotezione nello spazio e lo studio delle
risonanze giganti nei nuclei esotici.
DREAMS – Partecipanti 2014
Sezione
nome
Tipo
Ric.
FTE
LNS
C.Agodi
RN
Dip.
I Ric.
100%(Premi
ale %)
S.Tudisco
Dip.
Ric.
50%(Premial
e %)
L.Calabretta
Dip.
Dir.Ric.
50%(Premial
e %)
F.Cappuzzello
RN
Inc. Ric.
Ric. Unict
100%(Premi
ale %)
D.Carbone
Ass.
Assegnist
a
100%
M.Cavallaro
Ass.
Assegnist
a
100%
M.Bondì
Ass.
Ph.D.
100%
D. Nicolosi
Ass.
Ph.D.
100%
S.Tropea
Ass.
Ph.D.
100%
9
8.0
Totale
LNS
DREAMS
Direct Reactions with Exotic ions And Multifragmentation Studies
(In coll. CT, TO)

Responsabili Nazionali @ LNS;

Partecipazione a livello Nazionale di 11.8 FTE di cui 8 ai LNS.

Finanziamenti richiesti dai LNS per il 2014: 155 k€

Finanziamenti assegnati ai LNS per il 2014: 102.5 k€
Buona parte delle attività sono svolte in collaborazione con colleghi di
altri Paesi, quali ad esempio: IFUSP e IFUFF (Brasile), RCNP (Osaka,
Giappone), IN2P3 (Francia), TRIUMF (Canada), LRSA (Casablanca),
Università di Ioannina (Grecia).
DREAMS
Direct Reactions with Exotic ions And Multifragmentation Studies (In coll. CT, TO)
Esempi di questi studi sono riportati in:
•
•
•
•
•
Quantitative analysis of two-neutron correlations in the C-12(O-18,O-16)C-14 reaction Cavallaro, M.; et
al.PHYSICAL REVIEW C 88 (2014)
Study of the rainbow-like pattern in the elastic scattering of O-16 on Al-27 at E-lab.=100 MeV Oliveira, J. R.
B et al. JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS Volume: 40 (2014)
A broad angular-range measurement of elastic and inelastic scatterings in the 16O on 27Al reaction at 17.5
MeV/u F.Cappuzzello et al. NIM Volume 763, 1 November 2014, Pages 314-319
First application of the n- Be 9 optical potential to the study of the Be 10 continuum via the (O 18, O 17)
neutron-transfer reaction D.Carbone et al. Physical Review C Volume 90, Issue 6, 24 December 2014,
Nature Communications F.Cappuzzello et al. ‘Signatures of the Giant Pairing Vibration in the 14C and 15C
atomic nuclei’ 2015 6, 6743
Nuovi sviluppi:
Nell’ambito dell’esperimento DREAMS si è segnato l’inizio delle prime
attività del progetto NUMEN, Nuclear Matrix Element for Neutrinoless
double beta decay, volto a determinare gli elementi di matrice nucleare,
che entrano in gioco nell’espressione del rate di decadimento del
decadimento doppio beta senza neutrini, da misure di reazioni di doppio
scambio di carica tra ioni pesanti.
LNS – STREAM 2
Apparato CLAD
Array di 6 telescopi costituiti ciascuno da:


DE ~ 50 mm, 50x50 mm2 (4 quadranti).
E~ 500-1000 mm, 50X50 mm2 16+16 strip
ortogonali fra loro.
Caratteristiche:
copertura di un grande angolo solido.
 alta
risoluzione in energia (~35keV per
E=5.5 MeV)
 alta
risoluzione angolare
 elevata
granularità, necessaria per
misure di coincidenza

Apparato MEDEA-SOLE-MACISTE
MEDEA:180 BaF2 posti in geometria sferica.
• BaF2 di 20 cm di spessore
SOLE: solenoide superconduttivo Bmax = 5 T
MACISTE: 4 telescopi con area attiva pari a
30x40 cm2
• camera a ionizzazione per la misura del DE
• MWPC per la misura del TOF e del punto
d’impatto
• scintillatore plastico per la misura di E
• nuovi telescopi Si – Si (50 mm – 500 mm)
LNS - STREAM
L’attività di ricerca svolta ha l’ intento di studiare:
 particolari strutture nucleari (es. Clustering esotico ed aloni) in nuclei
lontani dalla valle di stabilità.
 Studio degli effetti di struttura sui meccanismi di reazione.
 Le proprietà della Risonanza Gigante Dipolare (GDR) in nuclei caldi
 La GDR di pre-equilibrio
LNS – STREAM 2014
Composizione del gruppo
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Rosa Alba
Dip.100%
Giorgio Bellia
P.O. 40%
Antonio Del Zoppo
Dip.100%
Alessia Di Pietro
Dip.100%
RN
Pierpaolo Figuera
Dip. 100%
Maria Fisichella (assegnista) 100%
Juan Pablo Garcia Fernandez (Fellowship INFN) 100%
Marcello Lattuada
P.O.100%
Cettina Maiolino
Dip.80%
Domenico Santonocito Dip.80% RN
Totale FTE 9
LNS - STREAM


Responsabili Nazionali @ LNS
Partecipazione a livello Nazionale di 8.2 FTE di cui 8.2 ai LNS.

Finanziamenti richiesti ai LNS per il 2014: 145 k€

Finanziamenti assegnati ai LNS per il 2014: 98.5 k€
L’attività sperimentale è svolta prevalentemente presso i Laboratori
Nazionali del Sud, ma contempla anche un'intensa attività sperimentale
in collaborazione con gruppi stranieri e presso “facilities” estere, come
ad esempio Argonne, Orsay, TRIUMF, Birmingam e Zagabria
LNS - STREAM
Esempi di questi studi sono riportati in:
- PHYSICAL REVIEW C Volume: 90 Issue: 1 Article Number: 014609
Published: JUL 18 2014
- EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL PLUS Vol: 129: 4 Article Number: 68 Publ.:
APR 25 2014
- EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL A Vol: 50 Is: 2 Article Number: 47
Published: FEB 27 2014
- ACTA PHYSICA POLONICA B Volume: 45 Issue: 2 Pages: 375-382 Published:
FEB 2014
- ACTA PHYSICA POLONICA B Volume: 45 Issue: 2 Pages: 425-430 Published:
FEB 2014
Nuovi sviluppi
Il gruppo si sta occupando dello sviluppo di un fascio radioattivo di 10Be presso i
LNS. Tale sviluppo è finalizzato alla studio di strutture a cluster nel 14C e per
misure di distribuzioni angolari elastiche da confrontare con misure analoghe
(11Be).
EXOCHIM
CS low
density
ISOSPIN in
stati nucleari
estremi
FRIBS@LNS
neutron rich
high energy
SPESSPIRAL2
neutron rich
low energy
GSI –High
density
EXOCHIM
L’obiettivo scientifico: studio della dipendenza dei meccanismi di
reazione alle energie intermedie dal grado di libertà di isospin dei
nuclei interagenti, in stati nucleari estremi, attraverso misure di
frammentazione.
Si propongono studi sul popolamento e decadimento di nuclei e
risonanze lungo la drip-line, cercando decadimenti esotici, usando
i fasci radioattivi prodotti ai LNS.
Nonché studi sulla dipendenza dell’isospin del termine di
asimmetria dell’equazione di stato della materia nucleare ad alta
densità.
L’esperimento ha come apparato sperimentale principale l’array
CHIMERA-FARCOS, costituito sostanzialmente da rivelatori al
Silicio e CsI, collocato presso i Laboratori Nazionali Del Sud.
EXOCHIM 2014
Composizione del gruppo
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Amorini Francesca
Francalanza Laura
Lanzalone Gaetano
Maiolino Concettina
Pagano Emanuele
Porto Francesco
Rizzo Francesca
7 Ricercatori
Resp. nazionali
G. Cardella, E.De Filippo
30%
100%
80%
20%
100%
(Senior)
(70+30grV)
70%
4 FTE
Resp. locale
F.Rizzo
EXOCHIM
CT, LNS, gr.coll.Me, Na, Mi

Responsabili Nazionali @ Ct;

Partecipazione a livello Nazionale di 25.8 FTE di cui 4 ai LNS

Finanziamenti richiesti ai LNS per il 2014: 141.5 k€

Finanziamenti assegnati ai LNS per il 2014: 95.5 k€
La Collaborazione NEWCHIM ha notevoli rapporti internazionali
cosa che permette di sviluppare programmi di misure in
collaborazione o presso i laboratori di GANIL, GSI e – in futuro –
a SPES presso LNL.
EXOCHIM
Esempi di questi studi sono riportati in:
- L.Acosta et al.(2013), "Probing the merits of different event parameters for the
identification of light charged particles in CHIMERA CsI(Tl) detectors with digital pulse
shape analysis", IEEE Transactions on Nuclear Science, 60: 284-292.
- De Filippo E. et al. (2012), "Correlations between emission timescale of fragments and
isospin dynamics in 124Sn+64Ni and 112Sn+58Ni reactions at 35A MeV", Physical Review
C - Nuclear Physics, 86: 014610.
- L.Quattrocchi et al. The FARCOS project. First characterization of CsI(Tl) crystals of the
FARCOS array using charged particle beams at LNS EPJ Web of Conferences 66, 11001
(2014) 2.
- G.Cardella et al. (2012), "Effects of neutron richness on the behavior of nuclear systems
at intermediate energies", Physical Review C - Nuclear Physics, 85: 064609.
- T Cap et al. Phys. Scr. 89 (2014) 054005
Nuovi sviluppi
Si intende migliorare il rivelatore in risoluzione energetica, angolare e isotopica con “misure
di seconda generazione”. Inoltre misure di correlazioni particella-particella saranno possibili
accoppiando a CHIMERA il rivelatore FARCOS, al fine di estrarre le dimensioni spaziotemporali delle sorgenti nucleari prodotte in reazioni tra i 10 ed i 40 AMeV. Gli studi con i
fasci FRIBS amplieranno la loro valenza, grazie all’Upgrade del CS, proposto nel progetto
NUMEN.
n-TOF
33 partners in 13 paesi ≈ 100 ricercatori, 16 studenti PhD
INFN: BA, BO, LNL, TS, LNS
n_TOF è una sorgente di spallazione
che sfrutta un fascio di protoni da 20 GeV/c del PS
L’installazione rende disponibili neutroni in un ampio spettro energetico, dal termico fino al GeV.
La peculiarità consiste nell’elevato flusso neutronico istantaneo e nella alta risoluzione energetica.
Ciò rende possibili misure molto accurate di sezioni d’urto indotte da neutroni.
n_TOF al CERN:
misura di sezioni d’urto neutroniche
ad alta accuratezza,
alta risoluzione
ed in un ampio intervallo energetico
per l’astrofisica nucleare
e per le tecnologie nucleari emergenti
n-TOF @ INFN
Ba, Bo, LNL, Ts, LNS




Responsabile Nazionale @ Ts
Partecipazione a livello Nazionale di 11 FTE di cui 2.4 ai LNS.
Finanziamenti richiesti ai LNS per il 2014: 75 k€
Finanziamenti assegnati ai LNS per il 2014: 54 k€
E’ in via di definizione una collaborazione tra gli esperimenti n_TOF e LUNA per
un’attività di ricerca su rivelatori di neutroni. L’iniziativa nasce dall’esigenza di
misurare la produzione di neutroni in reazioni di interesse astrofisico, e
dall’esigenza di sviluppare nuovi rivelatori di neutroni, di interesse per il campo
delle tecnologie nucleari ( INFN-E).
L’attività è di interesse sia per l’esperimento LUNA, sia per l’esperimento n_TOF,
che ha fra i suoi scopi primari misure con neutroni di interesse sia Astrofisico
che applicativo, e sia del gruppo INFN- E dei LNS, che da qualche anno ha
acquisito una competenza specifica di altissimo livello su rivelatori di neutroni
innovativi.
n-TOF @ LNS 2014
•
•
•
•
L. Cosentino (resp. locale)
P. Finocchiaro
A. Musumarra
C. Scirè
Dip.
Dip.
P.Ass.
Assegnista
50%
50%
60%
80%
FTETOT = 2.4
Contributo LNS:
•
Sviluppo di un nuovo monitor di fascio per la
normalizzazione del flusso (nuova sala
sperimentale EAR2)
•
Sviluppo di un rivelatore per la caratterizzazione
XY (nuova sala sperimentale EAR2)
•
Partecipazione alle misure di interesse astrofisico
e 7Be(n,a) (simulazioni, apparato di
misura, analisi dati)
7Be(n,p)
LNS
Manpower esperimenti
GR3@LNS
ANNO Ricercatori
Tecnologi
persone FTE n..Esperimenti
2013
44
3
47
34.4
4
2014
44.3
3
47
37.3
5
2015
50
4
54
36.6
5
ANNO
2014
Dipendenti
14
Associati
14
Assegnisti
18
BUDGET CSN3 2014
Fondi di Commissione 9.2 M€ @ 2014
11000
10500
10000
9500
9000
8500
8000
2009
2010
2011
2012
2013
2014
LNS
BUDGET ESPERIMENTI GR3@LNS
ANNO Richieste
Assegnazioni
2013
830
473
2014
802.5
516
2015
1253.5
555.5
LNS
GRIII LNS
PREMIALE !
“Potenziamento delle risorse sperimentali dei LNS per ricerche di eccellenza
nel campo dell’ Astrofisica Nucleare, con fasci stabili e radioattivi .”
4.9 M€…
LNS
GR3 @ LNS
ANNO
RICERCATORI
FTE
PUBBLICAZIONI
2013
44
34.4
71
2014
44.3
37.3
97
MAGNEX
CHIMERA
MEDEA
LNS
GR3@LNS

CHIMERA, MAGNEX, MEDEA etc.

Infrastrutture

Servizi @ LNS: elettronica, meccanica, calcolo, officina etc…

Manutenzioni
Criticità: “Maintenance and Operation“ ?
LNS
Status and future of GR3 @ LNS
SPARE
40
40
dipendenti donne
35
35
30
30
25
25
35.6 FTE
20
80.6 FTE
20
15
15
10
10
5
5
0
dipendenti uomini
0
21-30
31-40
80
41-50
51-60
61-70
71-80
93
FTE
60
50
40
10
10
0
0
61-70
71-80
71-80
219 FTE
40
20
51-60
61-70
associati uomini
50
20
41-50
51-60
60
30
31-40
41-50
70
30
21-30
31-40
80
associati donne
70
21-30
21-30
31-40
41-50
CSN3 Composizione
(FTE) @ 2014
51-60
61-70
71-80
CSN3 - Composizione (FTE)
CSN3 (474 FTE)
250
100
Associati
Dipendenti
200
80
150
60
Donne
Donne
40
Uomini
100
Uomini
50
20
0
0
2012
2013
2014
2012
2013
Ai LNS lavorano 150 FTE della CSN3
2014
Distribuzione risorse
50
40
30
20
10
0
FTE %
Budget %
Papers %
Nucleus-Nucleus Collisions,
Taormina, Italy,
May 30 –June 4, 1994.