Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali: MAMBO
Perché il protone ha spin ? Quali sono le distribuzioni di carica e di campo magnetico generate dall’interazione forte tra i quark presenti all’interno del protone ? Quali sono i processi stellari che portano alla formazione delle stelle di neutroni ? Questi sono solo alcuni dei principali temi di ricerca sperimentali che vengono studiati dall’esperimento MAMBO attraverso reazioni indotte da fotoni di alta energia (da 50 MeV fino a 3.0 GeV) su nucleoni e nuclei presso le facilities MAMI di Mainz ed ELSA di Bonn (Germania). Tale attività viene congiuntamente condotta da un'ampia collaborazione internazionale comprendente circa 150 ricercatori provenienti da oltre una ventina di diverse istituzioni europee e nord-americane.
L’utilizzo di fotoni risulta in questo caso molto vantaggioso per il fatto che l'interazione elettromagnetica, ben conosciuta tramite l'elettrodinamica quantistica (QED), diviene trascurabile se confrontata con l'intensità delle interazioni fra gli adroni eccitati presenti nello stato finale. Le interazioni indotte da fotoni possono quindi essere adeguatamente trattate assumendo la validità dell'approssimazione di Born, ed il conseguente disaccoppiamento dei canali di entrata e di uscita permette di ricavare informazioni independenti da modelli sulla struttura sia di nuclei che di nucleoni. Inoltre, diversamente dalle sonde adroniche (ad esempio il protone), che interagiscono esclusivamente con la superficie di un nucleo, solo con il fotone è possibile esplorare l'intero suo volume.
In generale, le principali linee tematiche su cui si articola il programma di MAMBO sono: i) Misure di proprietà fondamentali del nucleone (polarizzabilità elettrica e magnetica, distribuzione di carica e di magnetismo, …) e delle sue risonanze barioniche (massa, momento magnetico, ampiezze di elicità, …); ii) Test di violazione di principi fondamentali di simmetria (C,CP,..) attraverso lo studio dei decadimenti rari di mesoni eta ed eta-primo; iii) Modifica delle proprietà del nucleone all'interno della materia nucleare e struttura dei nuclei atomici Queste ricerche vengono effettuate attraverso una tecnologia all’avanguardia che comprende l'utilizzo di: i)apparati a grande accettanza angolare ed in momento adatti per identificare diversi tipi di particelle cariche e neutre provenienti da una vasta classe di possibili reazioni (in figura una vista schematica dell’apparato usato a Mainz) ii) fasci di fotoni “etichettati” (i.e., la cui energia determinata mediante la differenza tra l’energia del fascio primario di elettroni e l’energia di ogni singolo elettrone che ha prodotto il fotone mediante bremsstrahlung) e che devono essere polarizzabili sia linearmente che circolarmente; iii) bersagli criogenici (attivi e non) di nucleoni polarizzabili sia longitudinalmente che trasversalmente alla direzione del fascio di fotoni; iv) bersagli solidi molto sottili di nuclei leggeri e pesanti. Il gruppo di Pavia, sia Mainz che a Bonn, si occupa principalmente della costruzione, manutenzione ed upgrade del rivelatore di vertice costituito da un sistema di due camere a fili cilindriche coassiali a lettura catodica ed a Mainz ha la responsabilità della parte del programma di ricerca sperimentale dedicata allo studio delle risonanze barioniche.
Staff: Alessandro Braghieri, Susanna Costanza, Paolo Montagna, Paolo Pedroni
