NUMEN: i primi dati post-COVID danno il via all'upgrade

NUMEN, l'esperimento di fisica nucleare che ci aiuterebbe a svelare il mistero dei neutrini di Majorana, conclude con successo la Fase 2 al rientro dopo il periodo di confinamento da COVID-19. La Fase 2 del progetto NUMEN (NUclear Matrix Elements for Neutrinoless double beta decay) prevedeva, tra gli altri obiettivi, lo svolgimento di attività sperimentale con fasci accelerati dal Ciclotrone Superconduttore (CS) dei Laboratori Nazionali del Sud e l’utilizzo dello spettrometro magnetico MAGNEX. Tale attività sperimentale è stata svolta all’interno del progetto H2020 ERC NURE, che l’ha supportata. Dal 2014 ad oggi sono stati effettuati diversi run di misura in cui sono state studiate le reazioni di doppio scambio di carica su diversi isotopi candidati per il doppio decadimento beta senza neutrini. Tali reazioni nucleari sono strettamente connesse alle transizioni di doppio decadimento beta e si è dimostrato che da esse si possono ottenere informazioni cruciali per la determinazione degli elementi di matrice nucleare.

La conclusione della Fase 2 di NUMEN è coincisa con la consegna dell’ultimo fascio accelerato dal CS nella configurazione presente.  Avranno presto inizio i lavori di potenziamento del CS e delle infrastrutture di ricerca dei LNS, proposti dal caso fisico di NUMEN e previsti nel progetto POT-LNS, per fornire fasci di ioni ad intensità più alte di oltre due ordini di grandezza rispetto a quelle attuali.

La collaborazione NUMEN si avvia ora verso la Fase 3, nella quale l’intensa attività di analisi e interpretazione dei numerosi dati raccolti sarà affiancata alla costruzione di nuovi e più performanti rivelatori, capaci si sostenere l’alto rate atteso dopo i lavori di potenziamento.

NUMEN conclude una fase e si è pronti per iniziarne una nuova!

 Lo spettrometro magnetico MAGNEX ai Laboratori Nazionali del Sud

Ciclotrone SPES operativo

Dopo l'interruzione per l'emergenza COVID-19, il team dei LNL ha riavviato, nel rispetto delle indicazioni di sicurezza fornite a livello nazionale e locale dall’INFN, le operazioni del ciclotrone a 1 MeV di energia.
Dopo due anni di fermo macchina per gli interventi di manutenzione preventiva e per proseguire le installazioni previste nel progetto SPES, il ciclotrone da 70 MeV è tornato in funzione. Durante la prima fase è prevista l'accelerazione del fascio (H^-) fino all'energia di 1 MeV per verificare il buon funzionamento di tutti i sottosistemi. Una sonda radiale, opportunamente posizionata e bloccata all’interno del ciclotrone, ha intercettato il fascio dopo alcuni giri per non consentire alle particelle di essere accelerate ad una energia superiore di quella consentita (vedi figura). Nel frattempo, sono stati condotti dei test per verificare i limiti dell'acceleratore in termini di massima corrente iniettata, ottenendo una corrente media di fascio di circa 950 µA accelerata all’energia di 1 MeV stabilmente per più di un'ora (vedi inserto nella figura).
L’obiettivo raggiunto è molto importante poiché consentirà in futuro, impiegando un nuovo buncher nella linea di iniezione, di raggiungere dei valori di corrente superiore ad 1 mA di fascio accelerato. Ciò permetterà quindi di studiare i limiti dei ciclotroni compatti dedicati a fornire fasci ad alta potenza.

Regione centrale del ciclotrone SPES operativo ai LNL con il blocco di fermo fascio in primo piano (cilindro di rame) che intercetta il fascio a 1 MeV. Nell'inserto a destra, viene mostrato l'andamento della corrente media del fascio accelerato nel ciclotrone SPES a 1 MeV di energia.

Nel corso degli ultimi 20 anni, la Sezione INFN di Ferrara ha sviluppato una solida e comprovata esperienza nella progettazione e realizzazione di celle di accumulazione per bersagli gassosi. L’utilizzo di questa tecnologia ha avuto un impatto significativo nel campo della fisica adronica sperimentale. Esempi di tale applicazione sono il bersaglio dell’esperimento HERMES a HERA (DESY), utilizzato dal 1995 al 2007, quello dell’esperimento OLYMPUS a DORIS (DESY), utilizzato nel periodo 2012- 2013, e quello dell’esperimento PAX/JEDI, attualmente in uso presso l’anello di accumulazione COSY (Forschungszentrum Julich). La cella di accumulazione, tipicamente costituita da uno strato di 50-200 mm di alluminio a simmetria cilindrica, viene collocata all’interno della beam-pipe dell’acceleratore, coassialmente al fascio. Quest’ultimo, pertanto, intercetta direttamente il gas bersaglio contenuto nella cella senza interagire con altri materiali, come spesso avviene nel caso dei bersagli solidi. Inoltre, rispetto ai più tradizionali bersagli gassosi a getto, l’uso di una cella di accumulazione consente di raggiungere densità areali dell’ordine di 10¹³-10¹⁴ atomi/cm², ossia fino a due ordini di grandezza superiori. L’esperienza acquisita dalla Sezione di Ferrara nell’ambito delle attività della CSN3 ha recentemente consentito lo sviluppo e la realizzazione di una cella di accumulazione per l’esperimento LHCb (progetto SMOG2). A partire dal RUN3 (2021), LHCb sarà dunque l’unico esperimento di LHC ad essere provvisto di due distinti punti di interazione e della possibilità di operare simultaneamente in due modalità di collisione: collisore e bersaglio fisso. Le collisioni con il gas avverranno con una energia nel centro di massa di 115 GeV per fasci di protoni e di 72 GeV per fasci di piombo. SMOG2 consentirà di effettuare studi di precisione nell’ambito della QCD e della fisica astroparticellare in regioni cinematiche mai sondate in precedenza.

Maggiori dettagli in: http://w3.lnf.infn.it/un-bersaglio-fisso-per-lhc/.

 Sinistra: Cella di accumulazione di HERMES. Destra: Metà della cella di accumulazione di LHCb.

ALICE studia l’espansione del quark-gluon plasma con i quark charm

I quark pesanti con sapore charm possono essere usati come sonde del quark-gluon plasma (QGP) che si forma in collisioni di nuclei di piombo a LHC. Quando i nuclei non si scontrano centralmente (testa a testa), il QGP ha una forma allungata e la sua rapida espansione porta a un modulazione prevalente ellittica – flusso ellittico v₂ – nella distribuzione in angolo azimutale del momento degli adroni prodotti.

La Collaborazione ALICE ha misurato, usando il campione di collisioni piombo-piombo raccolto nel 2018, il flusso ellittico degli adroni che contengono quark charm, sia legati a un quark leggero (mesoni D) sia legati in coppie charm-anticharm (J/ψ). I risultati delle misure sono mostrati in figura in funzione del momento trasverso p_T. A basso momento, il flusso ellittico dei mesoni D non è alto quanto quello dei pioni (che contengono solo quark leggeri), mentre il flusso ellittico dei mesoni J/ψ è più basso di entrambi, ma chiaramente osservato. Questo ordinamento indica che i quark pesanti con charm vengono trasportati dall’espansione del QGP, tramite interazioni forti, ma probabilmente in modo minore rispetto ai quark leggeri, e che sia i mesoni D che i mesoni J/ψ di basso momento sono in parte formati dalla ricombinazione di quark.

I gruppi INFN hanno avuto un ruolo centrale per il conseguimento di questi risultati.

CERN Media Update:

https://home.cern/news/news/physics/cern-collaborations-present-new-results-particles-charm-quarks

Approfondimenti:

D meson anisotropy in Pb-Pb collisions:

https://arxiv.org/pdf/2005.11131.pdf

J/ψ meson anisotropy in Pb-Pb collisions:

https://arxiv.org/pdf/2005.14518.pdf