Logo Università degli Studi di Milano


Dipartimento di

 
 

Fisica Nucleare  

La ricerca sperimentale del gruppo nel campo della struttura nucleare è condotta soprattutto attraverso lo studio del decadimento gamma di nuclei eccitatiin diversi tipi di reazione: Scattering inelastico Coulombiano e nucleare, reazioni di frammentazione, trasferimento, o fusione-evaporazione. Gli esperimenti sono condotti in grandi collaborazioni internazionali nei laoratori italiani (Laboratori Nazionali di Legnaro e del Sud) o in laboratori stranieri quali il GSI (Germania) e RIKEN (Giappone) tramite l'uso di rivelatori avanzati come AGATA, basato su rivelatori di Ge ad alta purezza con capacità di "tracking", o con scintillatori di nuove generazione come LaBr3:Ce.

I problemi fisici attualmente in analisi riflettono i dati accumulati durante parecchi esperimenti. Riguardano principalmente la rottura di simmetria di isospin a temperatura zero o finita, o effetti dipendenti dall'isospin nel canale di entrata di reazioni nucleari (dipolo dinamico), lo studio delle proprietà collettive (rotazioni e vibrazioni) del nucleo, ed effetti indotti dalla deformazione nucleare. Molto recentemente sono stati acquisiti dati sul decadimento gamma degli stati collettivi risonanti di dipolo e quadrupolo in vari isotopi dallo Zr al Pb. Gli stati collettivi sono stati ecitati tramite scattering inelastico, e si riesce a misurare direttamente la loro funzione d'onda e ad identificare la natura isoscalare o isovettoriale degli stati osservati. Nel futuro prossimo questi stati (in particolare la risonanza "pigmea" di dipolo che è anche di interesse astrofisico) verrà studiata usando eccitazione Coulombiana co fasci esotici ad energie relativistiche. I dati sperimentali permetteranno lo studio della struttura dei nuclei esotici ricchi di neutroni e la misura della loro "pelle" di neutroni, fornendo un'informazione importante circa la dipendenza dall'isospin dell'equazione di stato nucleare. 

Rivelatori e strumentazione sono fattori chiave in tale attività di ricerca sperimentale. Una linea di ricerca molto attiva si concentra sullo sviluppo di nuova strumentazione e tecniche sperimentali basati sull'analisi della forma dell'impulso per la caratterizzazione della sorgente gamma. Altri aspetti collegati vanno dallo sciluppo dell'elettronica (analogica e digitale), e degli algoritmi per rivelatori a traccia di Ge ad alta purezza e rivelatori a scintillazione di elevata qualità (LaBr3:Ce), fino al "gamma imaging". Inoltre, il gruppo esegue attività di ricerca e sviluppo centrata su rivelatori a base di Si per la misura di raggi X e particelle cariche assieme allo sviluppo di elettronica dedicata ed ottimizzata.

Il gruppo di fisica nucleare di Milano è anche attivo nell'esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics). L'esperimento fa uso di un acceleratore elettrostatico, situato nei laboratori sotterranei del Gran Sasso, che fornisce fasci intensi di protoni e particelle alfa. L'acceleratore, accoppiato a bersagli solidi o gassosi e ad apparati di rivelazione per particelle o fotoni, permette di riprodurre in laboratorio le reazioni di fusione termonucleare che alimentano le stelle. Queste reazioni sono caretterizzate da sezioni d'urto estremamente basse alle energie di interesse astrofisico, e la loro misura è possibile solo a causa della riduzione stremamente elevata del fondo cosmico che viene ottenuta al Gran Sasso. Finora LUNA ha misurato alcune reazioni chiave che appertengono al ciclo di combiustione dell'idrogeno, che trasforma quattro protoni un una particella alfa con un rilascio netto di energia. Il gruppo di Milano è altamente coinvolto in questa attività sperimentale. Si rimanda a pagine più dettagliate sull'esperimento LUNA.

Un' altra attività riguarda l'esperimento Aegis, attualmente nella fase di "commissioning" al CERN presso il deceleratore di antiprotoni. L'esperimento mira a verificare leggi fondamentali come il principio di equicalenza debole e la simmetria CPT. Nella prima fase di Aegis, si realizzerà un fascio di anti-idrogeno, la cui caduta nel campo gravitazionale sarà misurata da un deflettometro di Moirè; questo constituirà il primo test del principio di equivalenza debole con antimateria. L'attività del gruppo di Milano si concentra sul sistema laser per l'eccitazione del positronio, la produzione e spettroscopia del positronio, e il monitoraggio del fascio di antiprotoni.

C'è anche un'importante attività teorica riguardante la struttura del nucleo atomico e l'applicazione di tecniche nucleari ad altri sistemi a molti corpi. Le proprietà degli stati collettivi di natura diversa - modi di eccitazione di densità, spin ed isospin - vengono calcolati con interazioni efficaci moderne, a livello dell'approssimazione di campo medio ed oltre. Il gruppo ha una lunga tradizione nello studio delle relazioni tra gradi di libertà di particella singola e collettivi, e ha giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo della teoria di campo nucleare. Recenti sviluppi hanno riguardato la trattazione delle divergenze ultraviolette associate con i calcoli al di là di campo medio con interazioni a rango nullo, una migliore analisi del contributo dello spettro continuo e le conseguenze dell'accoppiamento particella-vibrazione sugli spettri a bassa energia, come pure sulle proprietà superfluide dei nuclei. Diversi aspetti della teoria dei nuclei esotici - leggeri come pure pesanti - sono studiate attivamente, in relazione con l'attività sperimentale svolta con fasci radioattivi. Recentemente, è stata effettuata un'analisi sistematica delle reazioni di trasferimento di due neutroni, e si sono calcolate sezioni d'urto assolute che si sono rivelate in buon accordo con i dati sperimentali. Le implicazioni della struttura nucleare per le stelle di neutroni - riguardo alle equazioni di stato come pure al carattere superfluido della crosta interna, e alla struttura microscopica dei vortici indotti dalla rotazione della stella - vengono anche studiate nel gruppo.

Torna ad inizio pagina