1505_tesi_g3 - INFN Gruppo Collegato Sanità

INFN Gruppo III (Nucleare) - Roma+Sanità
Evaristo Cisbani – INFN & ISS
 Evoluzione delle stelle, Novae e Supernovae
 Neutrini solari
Roma - Maggio 2015
 Astrofisica nucleare:
 Composizione chimica dell’Universo
 Fisica nucleare e subnucleare:
 Transizioni di fase della materia adronica (quark-gluon plasma)
 Dinamica dei quark/gluoni e struttura degli nucleoni
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
 Nucleosintesi primordiale
 Dinamica e struttura dei nuclei
Argomenti tra loro correlati!
1
Esperimenti INFN Gruppo III - Roma+Sanità
Phase transitions of nuclear and hadronic matter
Nuclear Astrophysics ...
Roma - Maggio 2015
Presa Dati / Analisi
Quark and Hadron Structure and Dynamics
Analisi / Upgrade / Commissioning
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Analisi / Upgrade R&D
Commissioning / Presa dati
2
A Large Ion Collider Experiment
Studio della QCD per mezzo
delle interazioni ioni-pesanti
all’LHC
L'Universo primordiale (fino a 10-5 s dal Big Bang)
viene ricreato in laboratorio tramite collisioni di ioni
pesanti all'acceleratore LHC del CERN
CONTATTI:
Dr. Pasquale Di Nezza ([email protected])
Dr. Alessandra Mazzoni ([email protected])
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
3
Color-flavor
locking
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
4
Collisioni ioni-pesanti ad alta energia
alto T, m
confinamento
De-confinamento
adroni
quark-gluon plasma (QGP)
Il QGP è il particolare stato di materia presente
dopo la rottura spontanea di simmetria forte e
elettrodebole, e prima della comparsa degli
adroni
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
LHC
Cern Ginevra
5
Tesi di analisi dati
Studio dei “jet” (in particolare provenienti da quark pesanti come charm e
beauty) come “golden channel” per sondare il QGP, l’evoluzione spaziotemporale del processo di adronizzazione ed i fenomeni di perdita di
energia (quenching)
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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ALICE: Tesi di analisi dati
Studio dei “jet” (in particolare provenienti da quark pesanti come charm e
beauty) come “golden channel” per sondare il QGP, l’evoluzione spaziotemporale del processo di adronizzazione ed i fenomeni di perdita di
energia (quenching)
2 Jet nel vuoto
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
2 Jet di cui 1 fortemente
attenuato per interazioni
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con il QGP
ALICE: Tesi di hardware
Upgrade dell’Inner Tracking System
Il più innovativo tracciatore al silicio
mai costruito!
Una “macchina fotografica” con 25
Gpixel capace di rivelare migliaia
di particelle ogni 25 ns
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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Lavori di tesi in collaborazione tra l’Università “La Sapienza” ed i Laboratori Nazionali di
Frascati dell’INFN.
CONTATTI:
Dr.Pasquale Di Nezza ([email protected])
Dr.Alessandra Mazzoni ([email protected])
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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Studio reazioni nucleari di fusione intorno al picco
(400)
di Gamow (regione dove avvengono la gran parte
Sasso con acceleratore di ioni da 400 keV
CONTATTO: Carlo Gustavino
[email protected]
← Coulomb Barrier
Esempi:
• Processi di fusione dei nuclei ionizzati nelle stelle,
• Formazione dei nuclei negli istanti successivi al BB,
dopo la bariogenesi
No particle →
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Astrophysical
Factor
Tunnel prob. in
Coulomb
Barrier
Roma - Maggio 2015
delle reazioni) nel laboratorio sotterraneo del Gran
EG ≈ 200 keV
Sezioni d’urto molto basse sovrastate dal fondo indotto dai cosmici.
Necessità di ambiente “silenzioso”  Underground + accelerator
1
0
LUNA: Tesi realizzazione esperimento e analisi dati
Study of the D(p,g)3He reaction at BBN energies with the Underground
LUNA accelerator at LNGS
Roma - Maggio 2015
Big Bang Nucleosintesi
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Primordial Deuterium error budget
(Di Valentino et al. 2014)
Crucial importance is the accurate measurement of the
D(p,g)3He cross section. To calculate the D abundance
and therefore to increase the BBN and CMB sensitivity
to Neff → extra neutrino, dark radiation ?
1
1
LUNA: Tesi realizzazione esperimento e analisi dati
Study of the D(p,g)3He reaction at BBN energies with the Underground
LUNA accelerator at LNGS
Presently, LUNA is the world’s only underground
accelerator at LNGS, Italy, with a maximal energy of
Ebeam=400 keV
Many accelerators have been proposed in the world,
operating up to several MeV, i.e. well suited to study
BBN reactions.
Roma - Maggio 2015
SETUP Sperimentale
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
BGO detector
Ge(Li) detector
Accurate Total cross section Vs
Energy (20<EcmkeV<266)
Measure angular emission of photons
to study nuclear physics aspects
(100<Ecm(keV)<263).
1
2
The italian
collaboration
@ JLab
CONTATTI:
Roma - Maggio 2015
Studio dinamica e struttura interna degli
adroni (nucleoni, pioni, nuclei ...)
attraverso diffusione di elettroni
(longitudinalmente polarizzati) su bersagli
nucleari (polarizzati)
Guido Maria Urciuoli:
[email protected]
[email protected]
e- superconducting linear accelerator
up to 12 GeV
Polarized beam
100% duty factor
Beam simultaneously delivered on 4
experimental Halls
Run since 1995
Major upgrade in 2012-2013
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Evaristo Cisbani:
1
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s ~ QED  QCD
Asymptotic Freedom
Small Distance
Perturbative QCD
Elastic and DIS Scattering
Parton models
Low Energy
Confinement
Large Distance
Strong QCD
Spectroscopy
Phenomenological Models
Alcune questioni a cui cerchiamo di rispondere:
• Qual’è l’origine dello spin del nucleone ?
• Qual’è la forma del nucleone e la sua dimensione ?
• Come si comporta la materia nucleare ?
• Quali sono le componenti del potenziale nucleare ?
• Esiste un «heavy photon» mediatore tra materia ordinarie e possibile materia oscura ?
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
High Energy
Roma - Maggio 2015
Up to 12 GeV Electron scattering
on fixed targets from H to Pb
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JLab: Tesi Preparazione Esperimenti/Analisi Dati
Fattori di forma elastici (protone e neutrone) ad alto momento trasferito
Jlab: new class of (polarized) experiments show
proton GE/GM is NOT constant but DECREASES
linearly with Q2
→ impact on our description of elastic scattering
and proton structure !
Form factors represent a «standard» test for any
fundamental nucleon model
No data at large Q2 –where nucleon model
predictions diverges
Ancora non abbiamo una comprensione
soddisfacente del processo elastico e+p !
Le predizioni dei modelli nucleari
divergono dove non ci sono dati !
JLab permette di raggiungere luminosità di
1039/s/cm2 per compensare le basse sezioni
d’urto (≈1/Q12)
http://www.iss.infn.it/webg3/cebaf/nucleon.html
Attività: messa a punto e analisi dati Montecarlo per ottimizzazione setup sperimentale,
implementazione strumenti di analisi per l’esperimento, coinvolgimento sviluppo
apparati
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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JLab: Tesi su Strumentazione / Tracciatore
Realizzazione e caratterizzazione di tracciatore ibrido silicon microstrip + large GEM
chambers per il nuovo spettrometro SBS di Hall A
GEM Modules
GEANT4 MC
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Silicon mStrip
Roma - Maggio 2015
Altissimi fondi: 500 MHz/cm2 di fotoni (luminosità 1039 /cm2/s); sofisticato metodo di
ricostruzione; rivelatori innovativi allo stato dell’arte; tra le più grandi GEM oggi disponibili.
http://www.iss.infn.it/webg3/cebaf/tracker.html
Attività: caratterizzazione e sviluppo hardware, implementazione algoritmi di clustering e
tracciamento, conduzione test e analisi dati
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JLab: Tesi su Strumentazione / RICH
Realizzazione di un rivelatore RICH per studi di struttura del
nucleone in sala B al JLab (e futuri acceleratori e+A)
Roma - Maggio 2015
Discriminazione pioni – kaoni con potere di reiezione superiore a 500:1
Radiatore aerogel, ottica innovativa ibrida, rivelatore di fotoni PMT
multianodici (in studio anche SiPM).
Attività: caratterizzazione e sviluppo hardware, implementazione algoritmi
di ricostruzione, sviluppo e messa a punto elettronica acquisizione
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
In collaborazione con Laboratori Nazionali di Frascati
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Tesi Medicina Nucleare / Fisica Medica
Sviluppo di camere a ionizzazione micropattern
per monitor della dose rilasciata da
acceleratore di protoni in terapia oncologica
Cockcroft–Walton @ ISS
Contatti:
Evaristo Cisbani
[email protected]
Franco Garibaldi
[email protected]
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
www.iss.infn.it/tesi-disponibili.htm
Roma - Maggio 2015
Messa a punto di un processore di Imaging
Molecolare ottimizzato per un sistema di
acquisizione a canali indipendenti
1
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Roma - Maggio 2015
Qualche approfondimento
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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LUNA: Big Bang Nucleosynthesis
8p
H =
Gr
3
2
G = Newton's gravitational constant
 = energy density (i.e. photons and neutrinos density in the early Universe)
Therefore, the abundance of primordial isotopes ONLY depends on:
• Baryon density Wb (BBN and CMB experiments)
• Particle Physics (tn, Neff, a..)
• Nuclear astrophysics, i.e. cross sections of BBN nuclear reactions
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
H = Hubble constant
Roma - Maggio 2015
BBN is the result of the competition between the relevant nuclear
processes and the expansion rate of the early universe, governed by
the Freidmann Equation:
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LUNA: Baryon density
Roma - Maggio 2015
The deuterium abundance is very sensitive to the cosmic
baryon density Wb. Therefore, the baryon density can be
inferred by comparing the calculated and the measured
abundance.
CMB experiments provide an independent measurement of
Wb. Assuming Standard Model (3 neutrino species):
100Wb,0h2(CMB)=2.20±0.03 (PLANCK2013)
100Wb,0h2(D/H)=2.20±0.02±0.04 (Cooke2013)
Nuclear Astrophysics (Dpg
reaction uncertainty)
The deuterium abundance is also sensitive to the number of neutrino families. With the present 2H(p,g)3He
data at BBN energies we have:
Neff (CMB) = 3.36±0.34 (PLANCK 2013)
Neff (BBN) = 3.57±0.18 (COOKE&PETTINI 2013)
Neff (SM) = 3.046
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
D/H observations
observations
Result from BBN and CMB are in excellent agreement providing a suggestive, but still inconclusive, hint of
the presence of dark radiation.
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The poorly known cross-section of the 2H(p,g)3He reaction at BBN energies represent the single most
important obstacle to improve the BBN contraints on the existence of “dark radiation”.
LUNA: CMB, neutrinos and D(p,g)3He reaction
CMB only
arXiv:1404.7848v1 [astro-ph.CO]
Cooke2013
Roma - Maggio 2015
The “dark radiation” (e.g. extra neutrinos) can be better constrained with the
accurate measurement of the D(p,g)3He reaction at BBN energies
2
2
D(p,g)3He reaction rate (A.U.).
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Yp error band mainly due to systematics of direct
observations.
D/H error band is mainly due to the D(p,g)3He
reaction.
JLab Experimental Halls from 2014
New ~2p toroid
detector with
extended hadron ID
+ lumi 1039 cm-2 s-1
+ forward tagger for
quasi-real photons
+ targets with large
thickness
+ long/trans
polarized H/D
target
hallaweb.jlab.org
www.jlab.org/Hall-B
+ “super high”
momentum
spectrometer
+ dedicated equipment
+ lumi 1039 cm-2 s-1
Hall D/GLUEX
Excellent hermetic
coverage,
Solenoid field
High multiplicity
reconstruction
108 linearly
polarized <12 GeV
real photons/s
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
+ 1 large angular and
momentum, high lumi
spectrometer with
hadron ID
+ Solid detector
+ Möller detector
New beam line
Hall C
2
3
Hall B/CLAS12
Roma - Maggio 2015
Hall A
www.jlab.org/Hall-C
www.jlab.org/Hall-D
www.gluex.org
Proton GE/GM – an «unexpected» discrepancy
ds
t 2
2
 GEp
 GMp
dW

Rosenbluth Separation: assume
single photon approximation
Prior to JLab/2000, expectations were
that proton GE/GM fairly constant with Q2
m
GEp
GMp
 m
Pt ( Ebeam  Ee )

tan e
Pl
2M p
2
Polarization transfer from the incident
electron to the scattered proton
At JLab, new class of experiments show
proton GE/GM decreasing linearly with Q2
24
JLAB: why and where are FF interesting
• Very Low Q2:
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
– Distinguish important models for GE/GM
– Scaling behaviour (flavor form factors components)
– Constrain GPD at high x (valence quark dominate)
– Smaller effective mass of the quarks
– Toward pQCD dominated regime
Roma - Maggio 2015
• Fundamental properties of the nucleon
• Many fundamental models able to calculate them
• Large Q2:
– Pion cluod effects
– Precise nucleon size estimation
2
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Proton GE/GM at large Q2 by polarization transfer
(SBS)
Beam:
Current= 75 mA,
Polarization= 85% long.
Energy= 6, 8 and 11 GeV
Target:
H2 Liquid
Length= 40 cm
Luminosity = 8 · 1038
Detectors:
GEp5 experiment in HallA
P-arm: SBS + Polarimeter
E-arm: BigCal + Coordinate
GOAL: Extend the measurement of the proton form factor ratio
GE/GM to the maximum Q2 that is possible with 11 GeV
beam with constraints:
Absolute error < 0.1 Beam time = 60 days
Roma - Maggio 2015
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
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JLAB: SBS
Extended Nucleon Form Factors and SI-DIS program
14°
Roma - Maggio 2015
Silicon
Tracker
Tesi Gruppo 3 - INFN Roma e Sanità
Imax=85 μA
Lmax= 1039cm-2s-1
I=2 kA
B= 2 Tm
Responsabilità:
Roma: Silicon Tracker
Sanità: GEM Tracker
2
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