Attività di Ricerca

CHIFAR

L’esperimento CHIFAR prende il nome dal primo utilizzo in accoppiamento del rivelatore a 4? CHIMERA e del correlatore FARCOS (nella sua versione finale), che sono i due apparti di rivelazione per particelle cariche della collaborazione CHIRONE. CHIFAR, i cui porta parola sono: Emanuele V. Pagano, Enrico De Filippo and Paolo Russotto, è stato pienamente realizzato a novembre del 2019 presso Laboratori Nazionali del Sud di Catania utilizzando il ciclotrone superconduttore come acceleratore di particelle. Con CHIFAR si studia l’evoluzione dinamica di reazioni nucleari che coinvolgono ioni pesanti,  Le collisioni coinvolte sono state: ¹²⁴Sn+⁶⁴Ni, ¹²⁴Sn+⁶⁴Zn, ¹¹²Sn+⁵⁸Ni, all’energia di 20 AMeV. Grazie al confronto tra i sistemi ricchi di neutroni e quelli poveri è possibile mettere in luce il ruolo dell’Isospin nell’interazione Nucleo-Nucleo che è un importante grado di libertà nello studio dell’equazione di stato della materia nucleare. Lo studio ha anche un ruolo per studi di astrofisica nucleare, in particolare nello studio di oggetti astrofisici esotici come le stelle di neutroni. L’esperimento CHIFAR, si svolge nel solco tracciato dagli esperimenti REVERSE/ISOSPIN, eseguiti con CHIMERA nelle campagne del 2000 e 2004, e INKIISSY eseguito nella campagna del  2013 in cui i medesimi sistemi collidenti sono stati studiati alla maggiore energia di 35 AMeV.

CluB

Lo scopo dell'esperimento è lo studio di configurazioni a cluster esotici nell'isotopo ¹³B del boro.

La formazione di tali strutture è favorita nei sistemi leggeri ricchi di neutroni ed in particolare, all’ approcciarsi alle drip-lines, come conseguenza delle configurazioni esotiche a cluster, i nuclei sono più instabili, fortemente deformati e facilmente disgregabili.

Secondo le previsioni teoriche del modello Antisymmetrized Molecular Dynamics , lo stato fondamentale di questo particolare isotopo del boro, che ha un numero magico di neutroni N=8, è uno stato 3/2 con una configurazione di chiusura della p-shell mentre gli stati eccitati mostrano le configurazioni a cluster, ¹²Be+p, ⁹Li+α, ¹⁰Be+t, con grandi deformazioni. Per il ¹³B sono possibili altre configurazioni esotiche, non teoricamente previste, come ad esempio lo stato ⁷Li+⁶He, già osservato, ma con statistica molto bassa, in un precedente esperimento realizzato dal gruppo CHIMERA presso i Laboratori Nazionali del Sud.

Per studiare le configurazioni a cluster esotici e i relativi branching ratio, verranno utilizzate reazioni di break-up del fascio a 55 MeV/nucleone di ¹³B, che incide su un target di CH₂ (protone).

L'isotopo di ¹³B sarà prodotto in un cocktail beam, dalla facility LNS - FRAISE, con un fascio primario di ¹⁸O rilasciato dal ciclotrone superconduttivo K-800.

Ciascun isotopo prodotto dalla frammentazione del proiettile sarà identificato da un sistema di tagging, costituito da una Micro Channel Plate (MCP) e un Double Sided Silicon Strip Detector (DSSSD, 140 μm di spessore), installati lungo la linea di fascio. L'identificazione univoca dei prodotti di frammentazione sarà ottenuta correlando la perdita di energia (∆E) nel DSSSD e il tempo di volo (TOF) dall'MCP al DSSSD (≈13 m).

Per studiare le diverse configurazioni a cluster del ¹³B, è necessaria la ricostruzione dell'evento completo, un'accurata identificazione isotopica dei prodotti di reazione e un'ottima risoluzione angolare, specialmente per gli angoli in avanti. Con questi propositi, l'esperimento verrà eseguito utilizzando il potente array FARCOS. In particolare, 8 telescopi FARCOS saranno collocati a circa zero gradi e accoppiati all' apparato a 4π CHIMERA, in modo da poter selezionare con ottima precisione i canali reali di break-up rilevando e identificando tutti i frammenti prodotti e il protone di rinculo. L'esperimento è stato approvato dal PAC dei LNS ma a causa dell'emergenza dovuta alla pandemia e dell'upgrading di diversi dispositivi e facility LNS, è stato rinviato.

CLIR

L'esperimento CLIR (Cluster in Light Ion Reactions) è stato condotto con l'obiettivo di studiare la struttura a cluster in nuclei neutron-rich leggeri. È noto in letteratura, infatti, che nuclei autoconiugati, come ⁸Be, ¹²C, ¹⁶O e ²⁰N, possono presentare una struttura a cluster di particelle α, ottenuta come conseguenza della riorganizzazione dei nucleoni in sottounità più stabili. Inoltre, sono state osservate strutture a cluster anche in isotopi più ricchi di neutroni, in cui i nucleoni aggiuntivi possono agire come nucleoni di valenza tra i cluster α, in modo simile allo scambio di elettroni di valenza nelle molecole macroscopiche. Inoltre, la riorganizzazione dei nucleoni può anche provocare la formazione di strutture esotiche, come negli isotopi neutron-rich del carbonio, in cui le 3 particelle α sono disposte in modo lineare o triangolare, mentre i neutroni di valenza si posizionano tra di loro. L'esperimento CLIR è stato condotto presso i Laboratori Nazionali del Sud dell'INFN, utilizzando un fascio di ioni radioattivi prodotto mediante la facility FRIBs: il fascio cocktail in questione, prodotto frammentando un fascio primario di ¹⁸O (55 MeV/u) su un target di frammentazione di ⁹Be spesso 1000 μm, conteneva diversi isotopi di interesse, come ⁶He, ^7,8,9Li, ^10,11,12Be, ^13,14,15B e ^16,17C. Sono infatti presenti diversi casi di studio nel fascio cocktail prodotto, come ad esempio il ¹⁰Be, per il quale sono stati già studiati stati in precedenza presso i LNS, confermando l'esistenza di un nuovo stato a 13.5 MeV, isotopi neutron-rich del carbonio, per i quali i dati ottenuti in precedenza non sono stati in grado di fornire risultati esaustivi circa la conferma dell'esistenza di alcuni nuovi stati, a causa principalmente della bassa resa di rivelazione a piccoli angoli, isotopi del boro, come ¹³B, per i quali sono stati teorizzati diversi stati a cluster esotici (si rimanda all’esperimento CLuB). Il tagging degli ioni del fascio di cocktail è stato effettuato utilizzando la tecnica ΔE-TOF, eseguita per mezzo di un sistema di tagging costituito da un rivelatore MCP e un DSSSD di 156 μm di spessore, consentendo di eseguire l'identificazione nel cambiamento e nella massa delle diverse specie di isotopi. I dati sperimentali sono stati raccolti da quattro telescopi FARCOS, accoppiati al multirilevatore CHIMERA. In particolare, sono stati utilizzati due bersagli di reazione: un target (CH₂)_n in polietilene di 50 μm di spessore e un target in ¹²C di 75 μm. A causa della cinematica di reazione, focalizzata in avanti con un cono molto stretto, i telescopi FARCOS sono stati posizionati a piccoli angoli, compresi tra 1° e 8.5° di angolo polare, consentendo di raccogliere la maggior parte dei prodotti di reazione. Le calibrazioni dei tre stadi dei telescopi FARCOS sono attualmente in fase di ultimazione, mentre è stato svolto anche un lavoro preliminare circa la selezione di ioni di interesse, che mostra l'evidenza di prodotti di break-up per lo stato a cluster del ¹⁰Be (⁶He + ⁴He).

HOYLE

Lo scopo dell'esperimento Hoyle, il cui portaparola è G. Cardella, è stato la misura del branching ratio del decadimento γ dello stato di Hoyle e dello stato 9.64 MeV del ¹²C. Il decadimento γ del ¹²C sopra la soglia di emissione di particelle ha un ruolo fondamentale nella produzione ¹²C in ambiente astrofisico. Lo stato di Hoyle, infatti, è importante nella fase di bruciamento dell'elio, invece il 9.64 MeV è coinvolto in ambienti esplosivi a più alte temperature. L'esperimento è stato effettuato presso i INFN-LNS utilizzando un fascio di particelle α beam a 64 MeV e un bersaglio di carbonio. Il multirivelatore CHIMERA è stato utilizzato per rivelare sia i γ sia i prodotti di reazioni carichi. I principali risultati riguardanti quest'esperimento sono discussi in:  G.Cardella et al., "The γ decay of the Hoyle and higher excitation energy states of 12C", J. Phys.: Conf. Ser. 1643 (2020) 012145; G. Cardella etal., Journ. of Phys.: Conf. Ser. 1668, 012004 (2020); F. Favela et al.,“First results of the Hoyle-Gamma experiment: study of the excited levels in carbon-12 gamma decay”, Journal of Physics: Conf. Series 1078 (2018) 012010; G. Cardella et al "INVESTIGATING $\gamma$-RAY DECAY OF EXCITED $12C$ LEVELS WITH A MULTIFOLD COINCIDENE ANALYSIS", Physical Review C 104, O64315 (2021).

Pygmy

Lo scopo dell'esperimento Pygmy è stato lo studio del decadimento γ della risonanza Pygmy di Dipolo (PDR) nel nucleo instabile ⁶⁸Ni, utilizzando una sonda isoscalare, cioè un bersaglio di carbonio. L'eccitazione della risonanza è stata prodotta tramite la collisione del ⁶⁸Ni, ottenuto attraverso la tecnica di frammentazione in volo di un fascio primario di ⁷⁰Zn presso i INFN-LNS, su un bersaglio di carbonio. Il multirivelatore CHIMERA è stato utilizzato per rivelare i γ , invece il correlatore FARCOS ha consentito di rivelare il ⁶⁸Ni e ulteriori prodotti di reazione. Lo studio della PDR in nuclei con eccesso neutronico è di notevole importanza  per diversi aspetti della fisica nucleare. Lo studio della PDR consente di ottenere informazioni anche sul termine di energia di simmetria all'equazione di stato della materia nucleare. Inoltre, la PDR ha un importante legame con il processo r, dato che la sua presenza potrebbe aumentare la sezione d'urto del canale di cattura neutronico. I risultati riguardanti l'esperimento Pygmy, realizzato nel 2015 presso i LNS-INFN (portaparola G. Cardella e E.G. Lanza), sono riportati in: On the nature of the Pygmy Dipole Resonance in 68Ni”, Il Nuovo Cimento 41 C (2018) 199; N.S. Martorana et al., "Experimental study of the pygmy dipole resonance in the 68Ni nucleus", Acta Physica Polonica B 49 (2018) 475; N.S. Martorana et al., "First measurement of the isoscalar excitation above the neutron emission threshold of the Pygmy   Dipole Resonance in 68Ni". Physics Letters B 782 (2018) 112–116.

SIKO

Questo esperimento è stato realizzato con l'obiettivo di studiare la condensazione alfa nei nuclei leggeri. Per i nuclei alfa coniugati, quando la densità è inferiore ad un valore specifico rispetto alla densità di saturazione, è stato ipotizzato teoricamente un cambiamento di fase nella struttura del nucleo, da liquido nucleare a gas diffuso di particelle alfa. Al di sotto di questo valore di densità, i gradi di libertà dominanti sono quelli delle particelle alfa e per la loro natura bosonica è possibile descrivere lo stato fondamentale del nucleo come un sistema esotico analogo al condensato atomico di Bose-Einstein.

La struttura più diluita modifica il fattore di penetrabilità della barriera Coulombiana, con la conseguenza di aumentare l'emissione di stati alfa gassosi.

Inoltre, nel decadimento di questi stati, per effetto della riduzione della barriera di Coulomb, i prodotti vengono emessi con un'energia cinetica inferiore a quelli provenienti da una configurazione geometrica a cluster.

Per la ricerca degli stati α-gas in ¹²C, ¹⁶O, ²⁰Ne, ²⁴Mg e ²⁸Si, l'esperimento SIKO è stato realizzato a Catania, presso i Laboratori Nazionali del Sud, utilizzando il rivelatore FARCOS accoppiato all'apparato 4π CHIMERA e un fascio di ¹⁶O prodotto dal ciclotrone superconduttivo a diverse energie, 160, 280 e 400 MeV, che colpisce un bersaglio di carbonio.

L'analisi non ha fornito alcuna prova di condensazione alfa, in particolare, per gli isotopi più pesanti, probabilmente la struttura fermionica sottostante delle particelle α è sufficiente a prevenire questa natura di α-gas.

BARRIERS

Questo esperimento è stato realizzato presso l'INFN-Labotatori Nazionali del Sud, utilizzando il multirivelatore CHIMERA a 4π, per misurare la distribuzione della barriera per i sistemi ²⁴Mg+⁹⁰Zr e ²⁴Mg+⁹²Zr, mediante il metodo del backscattering.

Secondo questo metodo la barriera è ottenuta dalla dipendenza dall'energia del fascio, del numero dei proiettili emessi quasi elasticamente all'indietro, normalizzato agli ioni diffusi di Rutherford.

Le misurazioni sono state eseguite a diverse energie del fascio TANDEM, ad intervalli di 0,5 MeV, nel sistema di riferimento del laboratorio, tra 68 e 88,5 MeV.

I risultati sperimentali sono stati confrontati con le previsioni teoriche dei calcoli del metodo coupled channels ed è stata riscontrata una forte discrepanza.

Il metodo standard coupled channels prevede una forma molto simile delle distribuzioni della barriera per entrambi i bersagli, perché secondo questo metodo, strutture significative sono dovute alla forte deformazione del proiettile ²⁴Mg, che consiste di sei particelle alfa.

Sperimentalmente si è riscontrato che le strutture sono visibili nel caso del target ⁹⁰Zr che ha una densità di livelli inferiore rispetto al target ⁹²Zr, per il quale le strutture sono levigate dalle eccitazioni di particlella singola.

Una possibile spiegazione di questa discrepanza è che la dissipazione dell'energia cinetica del moto relativo tra il proiettile e il bersaglio nei gradi di libertà interni dei nuclei, influenza fortemente il tunnelling della barriera.

Un buon accordo dei dati sperimentali con il modello teorico si ottiene accoppiando il modello dei canali accoppiati alla teoria delle matrici casuali, che tiene conto della dissipazione dell'energia.

EQUILIBRATION and EQUILIBRATION-2

Questi esperimenti riguardano lo studio del processo di equilibrazione dell’isospin durante le reazioni nucleari, confrontando sistemi simmetrici e asimmetrici rispetto al rapporto N/Z di targhetta e proiettile, come per esempio nelle reazioni 40Ca+27Al e 40Ca+40Ca a 40 MeV/A. Il processo di equilibrazione dell’Isospin è da associare alla tendenza spontanea di sistemi nucleari a uniformare il rapporto N/Z nello spazio delle fasi. Esso dipende in modo peculiare dalla parte isovettoriale dell’interazione ovvero dall’energia di simmetria alle densità coinvolte. Tale fenomeno può quindi essere utilizzato per indagare l’andamento di tali forze in condizione estreme di densità e al variare dell’energia di eccitazione.

In particolare con gli esperimenti EQUILIBRATION si è posto l’obiettivo di misurare la variabile globale <Dz> definita come il valore medio sulla classe di eventi selezionati della derivata del momento di dipolo totale valutato nella fase asintotica lungo la direzione del fascio. In studi precedenti si è mostrato come questa osservabile sia associabile alla dinamica media del processo di equilibrazione e come questa sia notevolmente sensibile al termine di simmetria dell’Equazione di Stato (EOS) della materia nucleare.

I dati acquisiti nella prima misura EQUILIBRATION sono stati confrontati con il modello di dinamica molecolare CoMD-III. Le analisi e i risultati del confronto per processi essenzialmente binari sono riportati in diversi contributi e in particolare nel lavoro [1]. Buon “fit” dei dati sono stati ottenuti assumendo un valore dell’energia di simmetria Esym(ρ0) pari a 32 MeV ed un valore di ϒ (“stiffness”) di 0.9±0.1.

[1] M.Papa et al; PRC 91 041601(R) (2015) e referenze all’interno

ISODEC

La componente neutronica di un nucleo composto sembra giocare un ruolo cruciale nella sua formazione e nella competizione tra i vari canali di diseccitazione, il cui studio può fornire così informazioni su parametri fondamentali quali la densità dei livelli, le barriere di fissione e la viscosità.

Nuove informazioni su tali grandezze possono essere quindi ottenute dall’evoluzione della sezione d’urto di fusione lungo catene isotopiche di nuclei composti che si estendono dai sistemi ricchi a quelli poveri in neutroni, tutti prodotti in condizioni confrontabili di energia di eccitazione e momento angolare.

L’esperimento ISODEC mira allo studio di questi effetti mediante l’analisi delle collisioni 86Kr + 48Ca and 78Kr + 40Ca a 10 AMeV, studiate con il rivelatore CHIMERA. Spettri di energia e velocità, distribuzioni di carica e massa, così come le caratteristiche dinamiche dei vari prodotti di reazione sono state studiate. L’analisi dei risultati ha evidenziato una chiara differenza dei due sistemi nei contributi derivanti dai vari meccanismi di reazione, mostrando nel sistema composto prodotto in collisioni centrali una sezione d’urto di fusione lievemente più elevata e una di fusione fissione nettamente più grande per il sistema povero di neutroni. Risultati comparabili sono stati ottenuti nell’analisi della rottura del sistema quasi-proiettile, generato in collisioni periferiche.

Attualmente l’influenza del parametro di isospin sulle caratteristiche termometriche dei sistemi è sotto osservazione. L’evaorazione termica da nucleo composto e dal quasi proiettile è stata studiata con differenti termometri, basati sulla pendenza degli spettri di evaporazione delle alfa e sui rapporti di resa degli isotopi. Nelle reazioni di fusione è stata riscontrata una temperatura più elevata, indipendentemente dal sistema termometrico scelto, per il sistema ricco in neutroni mentre, al contrario, per il quasi proiettile si è trovata una temperatura più bassa. 

I futuri laboratori che produrranno fasci di ioni esotici, come ad esempio SPES@LNL, offriranno l’opportunità di creare nuclei eccitati in zone inesplorate del panorama nucleare, offrendo accesso alla materia nucleare in condizioni di asimmetria di isospin prossima ai limiti della stabilità nucleare, e fornendo inoltre ulteriori indicazioni ai modelli teorici che provano a descrivere le proprietà statistiche e dinamiche nella formazione e decadimento dei nuclei.

ASY-EOS

L’esperimento ASY-EOS è stato effettuato presso il laboratorio GSI di Darmstadt (Germania) a Maggio 2011, utilizzando un complesso sistema di rivelatori costituito da:

• il rivelatore per neutroni e particelle cariche LAND del GSI;
• 8 ring del multi-rivelatore CHIMERA;
• il muro di plastici dell’apparato di rivelazione Aladin (AToF-Wall) del GSI;
• 4 ring del rivelatore MicroBall della Washington University (USA);
• 35 moduli dell’odoscopio KraTTA (Cracovia, Polonia).

Come schematizzato nella seguente immagine:

Al fine di studiare il comportamento dell’energia di simmetria a densità superiori a quella di saturazione (rho_0), si è misurato il flusso ellittico di neutroni e particelle cariche in collisoni Au+Au, Ru+Ru e Zr+Zr a 400 MeV/A. Dal confronto dei risultati sperimentali con modelli di trasporto di tipo QMD, si è ottenuto un vincolo sull’energia di simmetria riassumibile in un valore di L, la slope dell’energia di simmetria attorno alla densità di saturazione, pari a 72±13 MeV, che costituisce uno dei pochi risultati ottenuti in laboratorio sull’energia di simmetria ad alta densità. Tale risultato permette di ottenere una stima sulla relazione Massa-Raggio di una stella di neutroni, argomento divenuto negli ultimi anni di grande interesse nell’era della “Multi-Messenger Astronomy” apertasi grazie alla recente scoperta delle onde gravitazionali e ai dati prodotti dai nuovi telescopi a raggi X installati su stazioni orbitanti

Il gruppo CHIRONE prevede di effettuare nuove misure su questa tematica al GSI, all’interno della collaborazione R3B, per produrre nuovi e più stringenti vincoli sull’energia di simmetria a densità maggiori di quella precedentemente testata.

Piu dettagli in

1. Russotto et al., Phys. Rev. C 034608 (2016)
2. Russotto et al., arXiv:2105.09233 [nucl-ex]

Upgrade del rivelatore CHIMERA

L’upgrade del rivelatore CHIMERA prevede:

- controllo trattamenti ripristino dei rivelatori in silicio e CsI(Tl) delle ring di CHIMERA.

- completo rinnovo del sistema di alimentazione HV-LV, sviluppo di interfaccia

- costruzione di circa 50 nuove MotherBoards che sostituiranno quelle ormai danneggiate e non più riparabili. Per questa attività è stato necessario risalire agli schemi di progettazione e costruzione iniziali, processo portato a buon fine grazie al servizio di Elettronica della Sezione di Catania.

- rinnovo del cablaggio del rivelatore per ovviare al deterioramento delle flange, manifestato in particolare nella ritenuta delle connessioni pensando nel contempo anche a migliorare la qualità del trasporto segnale e la sua immunità alle interferenze elettromagnetiche. Realizzazione di schede di interfaccia e montaggio sulla parete della camera di scattering di CHIMERA. Infine sviluppo della scheda di trasformazione da single ended a differenziale. Sotto lo schema delle connessioni nuove.

  schema del nuovo sistema di cablaggio segnali CHIMERA

RIVELAZIONE DI NEUTRONI

Dal 2017 in poi il gruppo CHIRONE ha intrapreso uno studio volto a sviluppare un nuovo rivelatore che possa al tempo stesso misurare i neutroni e le particelle cariche, con alta risoluzione energetica ed angolare e con una ragionevole efficienza di rivelazione per neutroni, NArCoS (Neutron ARray for COrrelation Studies). Tale dispositivo sarà necessario per misurare adeguatamente gli abbondanti neutroni che saranno prodotti nelle collisioni tra ioni esotici attualmente in fase di sviluppo in numerosi laboratori in tutto il mondo. Le sue importati caratteristiche permetteranno di misurare correlazioni in impulsò relativo tra neutroni e particelle cariche, consentendo lo studioso dell’interazione nucleare “spegnendo” quella Coulombiana. Inizialmente lo studio ha riguardato prevalentemente simulazioni. Si è poi passato a fare test di nuovi materiali plastici, che opportunamente assemblati in configurazione stack possano soddisfare le caratteristiche richieste. Il progetto ha ricevuto nuova linfa e forza grazie al finanziamento di un recente progetto PRIN (2020-2021),  ANCHISE che è focalizzato proprio allo sviluppo di un prototipo di rivelazione.

STUDIO DI REAZIONI INDOTTE DA FASCI RADIOATTIVI E SISTEMA DI IDENTIFICAZIONE

Il gruppo di ricerca CHIRONE si occupa anche dello studio di reazioni indotte da fasci radioattivi, prodotti tramite la tecnica in volo presso i INFN-LNS. Molti esperimenti in questo campo di ricerca sono stati realizzati attraverso l’apparato FRIBS@LNS.  L’apparato FRIBs@LNS (in Flight Radioactive Ion Beams at LNS) ha prodotto ioni radioattivi RIBs (Radioactive Ion Beams) ad energia intermedia (20-50 MeV/A), utilizzando il metodo della frammentazione in volo. I fasci instabili, dal ⁶He al ⁶⁸Ni, sono stati prodotti, dal 2001 al 2019, utilizzando le reazioni di frammentazione di vari nuclei stabili, accelerati dal ciclotrone superconduttore (CS), su un bersaglio di Berillio, posizionato all’uscita del ciclotrone superconduttore.  Il fascio ottenuto tramite la tecnica di frammentazione in volo contiene diversi isotopi, ed è, per tale ragione, detto fascio cocktail. È quindi necessario procedere alla caratterizzazione dei componenti del fascio, evento per evento, per utilizzarlo in un esperimento. Un sistema di identificazione (tagging system) è  stato appositamente sviluppato e utilizzato nella linea del multirivelatore CHIMERA. Esso è composto da un rivelatore a Micro Channel Plate (MCP) di larga superficie che consente di produrre il segnale di start per la misura del tempo di volo (Time Of Flight-TOF) e da un rivelatore a silicio di tipo DSSSD (Double Sided Silicon Strip Detector), con spessore di circa 140-150 µm, che produce l’informazione su perdita di energia, posizione, e stop (per la misura del TOF) degli ioni incidenti. Si utilizza infine anche un rivelatore PPAC (Parallel Plate Avalanche Counter), sensibile alla posizione, per ottenere un’ulteriore misura necessaria per la determinazione della traiettoria del fascio incidente. 

Schema del sistema di tagging utilizzato nella linea CHIMERA.

I Laboratori Nazionali del Sud sono attualmente impegnati nell’upgrade del CS, il quale consentirà di produrre fasci stabili con elevate intensità. Questo offrirà nuove opportunità e prospettive anche per la produzione dei fasci esotici. Sarà infatti possibile estendere gli studi sulla fisica dell’isospin, la quale ha sempre rappresentato un importante campo di ricerca dei LNS, a reazioni con elevata asimmetria nel rapporto N/Z. Un altro importante campo di studi riguarderà la fisica dei cluster. In particolare, è di notevole interesse comprendere come evolve la struttura a cluster per nuclei distanti dalla valle di stabilità. Sarà anche possibile condurre diversi esperimenti di struttura nucleare con fasci instabili. La struttura dei nuclei instabili è infatti attualmente uno dei maggiori campi di interesse della fisica nucleare, non essendo del tutto note le loro caratteristiche. Infine, si potranno estendere gli studi a fasci di frammentazione di bassa energia, in modo da investigare reazioni di interesse astrofisico. Per utilizzare tali fasci di elevata intensità è stato necessario progettare un nuovo fragment separator: FRAISE (FRAgment In-flight Separator). I lavori per la costruzione di FRAISE sono attualmente in corso e prevedono anche la realizzazione di un nuovo target di frammentazione. Inoltre, in alcuni casi l’alta intensità dei fasci non consentirà l’uso dei sistemi di identificazione utilizzati con l' apparato FRIBS. È infatti in corso una fase di R&D per progettare un nuovo sistema di tagging per la linea CHIMERA.  Il nuovo sistema di tagging sarà costituito da un array di rivelatori basati sulla nuova tecnologia SiC. In particolare, l'array sarà costituito da singoli rivelatori a pad di superficie 5×5 mm² e spessore 100 µm, disposti in modo da coprire un'area di ≈ 60×30 mm². Due array saranno inoltre posizionati a pochi centimetri di distanza, in modo da ridurre gli spessori morti e ottenere anche una ricostruzione della traiettoria. Tale segmentazione consentirà di avere un massimo valore di 10⁷ pps. L'identificazione evento per evento del fascio sarà ottenuta utilizzando il metodo ∆E-ToF. 

Schema dell'array SiC in sviluppo per il sistema di tagging della linea CHIMERA.