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Al via l’installazione di AGATA ai Laboratori Nazionali di Legnaro

Al via l’installazione di AGATA ai Laboratori Nazionali di Legnaro

AGATA è uno spettrometro per raggi gamma frutto di una collaborazione europea, costituito da cristalli di germanio iper puro segmentati. Si tratta del più sofisticato rivelatore per raggi gamma, completamente innovativo perché permette di tracciare il percorso del singolo fotone dentro il cristallo di germanio con una risoluzione di qualche millimetro. Questo consente di aumentare notevolmente l'efficienza di rivelazione dello spettrometro AGATA e di individuare con alta precisione la direzione del fotone incidente sul rivelatore. L’elevata precisione posizionale si ottiene grazie all’analisi della forma dei segnali elettronici prodotti dai raggi gamma.
Grazie a queste caratteristiche senza precedenti, il rivelatore AGATA è un vero e proprio “occhio” capace di guardare all'interno dei nuclei atomici prodotti nelle collisioni fra ioni accelerati, il tipo di esperimenti che si effettueranno presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) a partire dal 2022. Con queste misure si potranno studiare in dettaglio le proprietà degli stati eccitati dei nuclei atomici, aiutandoci così a comprendere la struttura del nucleo e le forze che in esso legano protoni e neutroni, costituendo il mondo attorno a noi. Non solo: gli esperimenti con AGATA ci permetteranno anche di capire come avviene la nucleosintesi degli elementi nei processi stellari, come per esempio le collisioni di stelle di neutroni.
L'arrivo di AGATA a LNL si sposa quindi perfettamente con l'entrata in funzione a LNL, nei prossimi anni, del nuovo sistema di acceleratori SPES che consentirà di studiare reazioni nucleari usando fasci di nuclei esotici, cioè instabili, avvicinandoci quindi sempre più a quello che succede nell'universo nei siti astronomici in cui vengono generati gli elementi che costituiscono il nostro mondo.
La comunità scientifica italiana, rappresentata dal personale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), è uno dei pilastri portanti di questo progetto europeo di frontiera per la spettroscopia gamma e, non a caso, una fase importante dello sviluppo e dell' utilizzo di AGATA si svolgerà in Italia nei prossimi anni.

agata installation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ora sappiamo quando gli atomi di antidrogeno vengono prodotti

Ora sappiamo quando gli atomi di antidrogeno vengono prodotti

Atomi di anti-idrogeno freddi (con temperatura attorno al K o sub K) sono uno strumento molto potente per verificare la validita’ di principi fondamentali della  fisica. Il progetto di esperimenti molto sensibili richiede di sintetizzare in laboratorio anti-idrogeno in condizioni molto ben controllate, cioè  con posizione, energia, stato quantico e istante al quale vengono prodotti ben conosciuti. L’articolo della collaborazione AEgIS pubblicato l’8 febbario 2021 sulla rivista Communications Physics  (https://www.nature.com/articles/s42005-020-00494-z) presenta i risultati sulla produzione impulsata di anti-idrogeno in cui il 90% degli atomi è prodotto entro un intervallo di soli 250 ns. Questo risultato migliora di un fattore 1000 la conoscenza dell’istante di produzione rispetto a metodi pre-esistenti.

I risultati sono stati ottenuti durante la presa dati nel 2018 al CERN presso l’Antiproton Decelerator. Il processo utilizzato è lo scambio carica tra positronio  – formato lanciando positroni su un bersaglio di silicio nanoporoso ed eccitato con laser impulsati – e antiprotoni, raffreddati e confinati in trappole elettromagnetiche (come indicato nella figura).

Il numero di eventi osservati è 79 e solamente  33.4 ± 4.6 eventi simili (segnali di fondo)  dovuti a annichilazione di antiprotoni sarebbero attesi in assenza di formazione di anti-idrogeno. Quindi la probabilta’ che l’osservazione non corrisponda ad antidrogeno e’ solamente di 1 parte su 3.5 milioni.

Il piccolo numero di anti-atomi osservato è consistente con quello atteso nelle specifiche condizioni sperimentali e questo indica che un flusso maggiore di atomi sarà ottenibile con un numero maggiore di antiprotoni, atomi di positronio e diversa geometria della zona di interazione.

Il controllo dell’istante di produzione di anti-idrogeno è una milestone importante verso lo scopo principale di AEgIS, cioè  la misura diretta della accelerazione di gravità su antimateria.

 

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SNAQs [snacks] – Schools on Nuclear Astrophysics Questions

SNAQs [snacks] – Schools on Nuclear Astrophysics Questions

Un nuovo formato di lezioni virtuali di astrofisica nucleare

SNAQs [snacks] – Schools on Nuclear Astrophysics Questions, è un ciclo di lezioni virtuali di astrofisica nucleare con un formato innovativo. Lo scopo è di dare agli studenti o a giovani ricercatori la possibilità di apprendere concetti basilari di astrofisica nucleare in un periodo in cui, a causa dell’emergenza sanitaria, la possibilità di partecipare a scuole “in presenza” risulta molto remota. SNAQs rafforzerà la comunità delle scuole di astrofisica nucleare già presenti (come la Carpathian Summer School of Physics, European Summer School on Experimental Nuclear Astrophysics, Russbach School on Nuclear Astrophysics) attraverso una serie di lezioni che formeranno la nuova generazione di studenti in questo campo.

Tali infrastrutture saranno collegate in una rete da ChETEC-INFRA, Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos – INFRAstructures for Nuclear Astrophysics, un nuovo network Europeo di 32 istituzioni partner.

Il primo evento della serie SNAQs cercherà di rispondere alla domanda:
What do we need to know about Nuclear Astrophysics?

E si terrà Mercoledì 17 Febbraio 2021 14:00 – 17:30 CET. Siamo lieti di annunciare che i seguenti docenti terranno le lezioni:

Aurora Tumino (Università degli Studi di Enna Kore) Chris Sneden (University of Texas)
Jordi Jose (Universitat Politècnica de Catalunya)

Dopo la registrazione su  https://hifis-events.hzdr.de/e/snaqs-feb2021  si riceverà un messaggio con la conferma dell’iscrizione e un collegamento ZOOM che permetterà di partecipare all’evento.

Il comitato organizzatore: Konrad Schmidt (HZDR),Marcel Heine (CNRS-IPHC), Andreas Korn (UU), Arunas Kucinskas (VU), Mohamad Moukaddam (CNRS-IPHC), Rosario Gianluca Pizzone (INFN-LNS), Olivier Sorlin (CNRS-GANIL),  Livius Trache (IFIN-HH)

 

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Collasso gravitazionale pubblicato in Nature Physics nella TOP 10 mondiale per due siti di scienza molto noti

Collasso gravitazionale pubblicato in Nature Physics nella TOP 10 mondiale per due siti di scienza molto noti

L’articolo pubblicato in Nature Physics, Donadi, S., Piscicchia, K., Curceanu, C. et al.: Underground test of gravity-related wave function collapse. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-1008-4, che presenta un nuovo record nello studio del modello di collasso della funzione d'onda indotto dalla gravità, proposto da Lajos Diósi e Roger Penrose (modello DP) per risolvere il famoso problema della misura, ottenuto con una ricerca sperimentale nell'ambito della collaborazione VIP, che ha come Spokesperson Catalina Curceanu e come responsabile INFN Kristian Piscicchia, ha ottenuto un gratificante primato: e’ stato selezionato nella lista Top 10 al livello mondiale delle ricerche scientifiche in tutto i campi da due prestigiosi siti:

1) Our favorite science news stories of 2020 (nonCOVID-19 edition) da:

Science - sciencemag.org (dove la ricerca e’ al  numero 2 subito dopo una ricerca sui virus):

https://www.sciencemag.org/news/2020/12/our-favorite-science-news-stories-2020-non-covid-19-edition

2) Les 10 articles que vous avez préférés en 2020, da puorlascience.fr, dove la ricerca e’ al numero 9:

https://www.pourlascience.fr/sr/actualites/les-10-articles-que-vous-avez-preferes-en-2020-20609.php

Questo dimostra ancora una volta quanto questo tipo di ricerche, sulle fondamenta della teoria quantistica, sono attuali e di grande interesse non soltanto per i fisici.

La collaborazione VIP sta attualmente procedendo con ottimizzazioni sia dell’apparato sperimentale che, in collaborazione con teorici, fra i quale anche il recente premio Nobel Sir Roger Penrose, a ulteriori refinements teorici per verifica di modelli nei quali la teoria quantistica e la gravita’ si intrecciano nell’ambito dei modelli di collasso.

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L’esperimento ALICE misura l’interazione tra protoni e barioni multi-strani

L’esperimento ALICE misura l’interazione tra protoni e barioni multi-strani

La misura dell’interazione tra protoni e ‘iperoni’ migliora la conoscenza sull’interazione forte e contribuira’ alla comprensione della struttura delle stelle di neutroni

Una misura precisa della forza nucleare forte responsabile dell’interazione tra adroni apre la possibilità di confermare le previsioni della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria che descrive l’interazione forte, e di studiare i meccanismi fisici che regolano l’aggregazione di stati ‘esotici’ della materia, come quelli che potrebbero essere presenti all’interno delle stelle di neutroni, e che rappresenta una delle frontiere della fisica nucleare. Come riportato in un articolo pubblicato sulla rivista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-3001-6), la collaborazione ALICE ha sviluppato e applicato un nuovo metodo per misurare questa interazione utilizzando gli adroni prodotti in collisioni di protoni al Large Hadron Collider (LHC) del CERN. La misura è stata resa possibile dalle caratteristiche specifiche dell’esperimento, nel quale l’INFN svolge un ruolo centrale.

Oltre a essere responsabile del legame esistente tra i protoni e i neutroni (gli adroni che costituiscono i nuclei atomici), la forza nucleare forte, mediata dai gluoni, regola l’interazione tra adroni che contengono quark meno comuni. A questa famiglia appartengono gli 'iperoni’, che presentano uno o più quark ‘strange’, quark che non sono presenti nei nuclei e quindi nella materia ordinaria ma che potrebbero essere presenti nelle stelle di neutroni.

A causa dell’instabilità degli iperoni è sempre stato molto difficile ottenere conferme sperimentali delle previsioni della QCD per questo aspetto della forza forte. La tecnica utilizzata recentemente nell’ambito della collaborazione ALICE, è denominata femtoscopia, poiché si concentra su grandezze dell’ordine del femtometro (10-15 metri) - corrispondenti a circa la dimensione di un adrone e al raggio d’azione dell’interazione forte. La femtoscopia si basa sul principio quantistico che lega la differenza di impulso di particelle che si trovano a distanze piccole alla loro interazione. L’applicazione di questa tecnica alle collisioni di LHC ha permesso alla collaborazione ALICE di misurare per la prima volta l’attrazione dovuta all’interazione forte esistente tra un protone ed il più pesante degli iperoni composto da tre quark strani: la particella Ω.

“I risultati contenuti in questo articolo sono un importante traguardo, ma anche il punto di partenza per esplorare con ALICE questo ambito dell’interazione forte - spiega Andrea Dainese, coordinatore scientifico di ALICE e ricercatore della sezione INFN di Padova – e confermano la versatilità di un esperimento ideato per studiare il plasma di quark e gluoni con collisioni di nuclei a LHC e ora divenuto uno strumento che rivela molti altri aspetti della cromodinamica quantistica.” Una ulteriore e affascinante applicazione del metodo descritto nell’articolo di Nature riguarda la comprensione dello stato della materia che compone il nucleo delle stelle di neutroni. A causa dell’elevata pressione che caratterizza queste stelle, si ipotizza che al loro interno possano essere prodotti anche iperoni, essendo energeticamente favorevole per la materia in queste condizioni trovarsi in forma di quark strange, oltre che up e down. Le future misure di interazioni tra materia ordinaria (protoni) e strana (iperoni) tramite la femtoscopia rappresentano un tassello essenziale per lo sviluppo delle equazioni di stato della materia delle stelle di neutroni e per determinare la loro evoluzione nel tempo.

L’efficacia della nuova tecnica e la precisione delle misure poggiano sulle grandi prestazioni dei diversi rivelatori di ALICE, capaci di identificare le particelle prodotte dalla collisione dei protoni accelerati all’interno di LHC e misurare il loro impulso e i loro decadimenti. “L’INFN ha svolto un ruolo molto importante nella realizzazione dell’inner tracking system – spiega Massimo Masera dell’Università e INFN di Torino, coordinatore dei gruppi italiani in ALICE -, il sistema di tracciamento al silicio più interno dell’esperimento, che rivela i decadimenti degli iperoni, e del rivelatore di tempo di volo, uno dei rivelatori più estesi di ALICE, che consente l’identificazione delle particelle cariche.”

 

 alice strange

Funzioni di correlazione in impulso misurate da ALICE per coppie p-Ξ (a) e p-Ω (b). La correlazione per differenze di impulso (k*) vicine a zero indica interazione attrattiva. L’eccesso dei dati rispetto alla curva verde di interazione Coulombiana rivela una interazione forte attrattiva, che è confrontata con i calcoli di QCD su reticolo.

 

 

 

 

 

 

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