INFN - Sezione di Napoli

La ricerca sugli acceleratori di particelle presso la sezione di Napoli ha avuto inizio grazie al fondamentale contributo del Prof. Vittorio Giorgio Vaccaro (1941-2023). Le sue ricerche hanno gettato le basi per la creazione di una vera e propria scuola nel campo delle scienze e tecnologie degli acceleratori, che continua a formare persone esperte di alto livello, attive sia all’interno dell’INFN sia in prestigiose istituzioni internazionali.

A partire dalla fine degli anni ’90, il gruppo di ricerca sugli acceleratori della sezione di Napoli si è concentrato sullo sviluppo di un linac da 60 MeV per l’adroterapia, dando un contributo significativo al progetto LIBO, una collaborazione tra CERN, TERA, INFN (sezioni di Napoli e Milano) e le Università di Napoli e Milano. Successivamente, il gruppo ha partecipato alla progettazione e costruzione di un nuovo prototipo di acceleratore lineare per protonterapia da 30 MeV, il primo linac per protoni a quell’energia operante a 3 GHz (esperimenti INFN: ACLIP, PALME).

Dopo il 2010, si è instaurata una solida collaborazione con il CERN, in particolare con il gruppo BE-ABP (Beams – Accelerator Beam Physics), e con i ricercatori della sezione INFN di Roma1. Gli studi per questa collaborazione si sono focalizzati sull’analisi delle impedenze di accoppiamento e sulla stabilità dei fasci di LHC, con particolare attenzione ai tratti di camera a vuoto di geometria non convenzionale (magnete C-shaped (kicker), step transition, resistive wall impedance di una camera ellittica). Risultati rilevanti sono stati ottenuti anche in ambito sperimentale, tra cui misure da banco delle impedenze di accoppiamento e lo sviluppo di metodi per la caratterizzazione elettromagnetica di sottilissimi strati di materiali per coating, mediante misure nella regione del sub-THz. Dalla collaborazione con il gruppo di TE-VSC (Technology – Vacuum, Surfaces & Coatings) del CERN e il dipartimento di fisica dell’università di Napoli Federico II è stato condotto uno studio sperimentale sulla produzione di superfici laser-ablated per mitigare l’e-cloud.

Da molti decenni il gruppo di Napoli ha competenze di natura teorica e interdisciplinare anche sulla fisica dei plasmi e le sue applicazioni scientifiche e tecnologiche; tra queste, anche i meccanismi di accelerazione al plasma. In questo ambito, negli ultimi anni il gruppo sta in particolare studiando, con modelli analitici e semi-analitici, la generazione di fasci o pacchetti di particelle cariche di grande energia tramite accelerazione da “plasma wakefield” indotta nel plasma da un impulso laser ultra-breve ed -intenso (LWF), o alternativamente da un pacchetto ultra-corto di particelle cariche ultra-energetiche (PWF).

In particolare, in collaborazione con P. Tomassini della facility europea “Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics” (ELI-NP) di Magurele (Romania), sta elaborando una procedura semi-analitica che, fissato l’impulso laser inducente, ottimizzi il profilo di densità iniziale del plasma del tipo upramp-downramp-plateau affinché l’accelerazione degli elettroni (prodotti dal wave-breaking dell’onda di plasma lungo la downramp e catturati in un cavo dell’onda) sia massima, almeno nella fase iniziale. Le caratteristiche dettagliate dei pacchetti di elettroni accelerati sono poi determinate tramite simulazioni PIC sui potenti calcolatori di ELI-NP.

Attualmente, il gruppo della sezione di Napoli è impegnato nella realizzazione del progetto ANTHEM (AdvaNced Technologies for Human-centrEd Medicine), finalizzato a rendere operativa la terapia BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) presso l’Università della Campania Vanvitelli a Caserta, attraverso l’utilizzo di un acceleratore RFQ. Una parte delle attività di sviluppo avrà luogo presso il laboratorio dell’acceleratore Tandem CIRCE-DMF, dove vengono svolte diverse attività di fisica nucleare di base e applicata ricerche tecnologiche nell’ambito del controllo degli acceleratori di interesse dell’INFN.

Inoltre, il gruppo è impegnato nei progetti Muon Collider e HB2TF.