JLab 12 Programma sperimentale al Jefferson Laboratory ISSRoma

JLab 12: Programma sperimentale al Jefferson Laboratory – ISS/Roma Il Jefferson Lab è dedicato allo studio delle proprietà nucleare attraverso la sonda elettronica. Ha sede a Newport News/Virginia ed è dotato della “Continuous Electron Beam Accelerator Facility” (CEBAF) che provvede un fascio di elettroni polarizzato ad alta corrente e ottima risoluzione energetica alle sale sperimentali A B and C (e D a partire dal 2014). www. iss. infn. it/webg 3/cebaf Phys. Rev. Lett. E 052501, 99 (2007) Arc Entro il 2014 l’energia massima del fascio verrà raddoppiata 6 Ge. V CEBAF (<2013) Apparati di sala A PREX: Parity Violating Electron Scattering su Pb Studio delle proprietà nucleoniche della materia: • Equazione di stato della materia ricca di neutroni • Energia di simmetria della materia densa • Forte connessione con le proprietà delle stelle di neutroni Bersagli di 3 He polarizzato + vasta gamma da H a Pb. 2 spettrometri ad alta risoluzione in momento (figura sotto) Uno spettrometro a larga accettanza (Big. Bite) Rivelatori dedicati per neutroni e gamma Alcuni apparati realizzati e in corso di svilippo Permette di rivelare particelle diffuse a piccoli angoli (fino a 6 gradi) per massimizzare la piccola sezione d’urto misurata add Hall D (and beam line) Upgrade magnets and power supplies Max Current: 90 µA Max Energy Hall A, B, C: 10. 9 Ge. V Max Energy Hall D: 12 Ge. V Long. Polarization: 75 -85% Distribuzioni di momento dei quark nel nucleone (PDF+TMD) Rivelatore RICH “Proximity Focusing” Septum Magnets C 12 Ge. V CEBAF (>2013) Misura accurata del raggio dei neutroni nel piombo Sonda per il fattore di forma del neutrone RICH durante l’esperimento degli ipernuclei B CHL-2 Bersaglio H 2 O Un bersaglio ideale per i nuclei di ossigeno ed idrogeno ottenuto da un film sottile di acqua in caduta A Vista aerea dell’acceleratore di elettroni ricircolanti e delle attuali 3 sale sperimentali Max Current: 200 A Max Energy: 0. 8 - 5. 7 Ge. V Long. Polarization: 75 -85% Per mezzo della misura di asimmetria elettrodebole sinistra/destra 670 ke. V (FWHM) risoluzione energetica! c C(e, e’K) BL Il Jefferson Lab e CEBAF a Lin Il gruppo ISS/Roma è coinvolto principalmente nell’attività sperimentale di sala A del JLab (destra). I principali esperimenti proposti (diagonale) spaziano dalla struttura nucleare a quella del nucleone. Per questi sono stati realizzati apparati specifici (sotto) Studio degli ipernuclei (stati legati del nucleo con un barione con stranezza, iperione) attraverso diffusione di elettroni. Un ottimo laboratorio per e’ e studiare l’interazione iperione-nucleone, di K+ rilevante importanza per p la comprensione delle L proprietà delle stelle di neutroni. 12 12 Linac Spettroscopia Ipernucleare L’acceleratore al JLab e la Facility Sperimentale E. Cisbani, S. Colilli, F. Cusanno, R. Fratoni, S. Frullani, F. Garibaldi, F. Ghio, F. Giuliani, M. Gricia, M. Lucentini, F. Meddi, F. Santavenere, G. M. Urciuoli Arc Recente passato Un’eccellente identificazione di p/K/p attraverso la ricostruzione 2 D degli anelli formati dai fotoni Cherenkov. Il raggio degli anelli è legato alla velocità delle particelle relativistiche cariche radianti e quindi alla loro massa. Diffusione profondamente anelastica di elettroni (polarizzati) su nucleoni. La sezione d’urto è riducibile alla convoluzione tra sezione d’urto elementare fotonequark, distribuzione dei quark nel nucleone e loro probabilità di frammentazione nell’adrone rivelato nello stato finale. Si misurano asimmetrie di produzione per la determinazione delle distribuzioni di momento (anche transverso) dei quark (TMD) Descrizione del nucleone al “leading Twist” TMD DIS Phase Space TMD Processo SIDIS Futuro prossimo Fattori di forma del protone (neutrone) Misura ad alto Q 2 (15 Ge. V 2) con tecnica del trasferimento di polarizzazione. Test per molti modelli fenomenologici. Permette di studiare la regione di transizione tra la descrizione non- e perturbativa della QCD. All’ordine più basso di approssimazione (leading o twist 2) 8 “Transverse Momentum Distribution” (per ciascun quark) descrivono la struttura del nucleone in termini di partoni RICH aggiornato per misure di TMD Il raddoppio dell’energia del fascio permetterà di raggiungere regioni (in x) inesplorate nella misura delle TMD Anelli comulati di pioni Nuovo spettrometro Super. Big. Bite (SBS) Un nuovo spettrometro a larga accettanza (angolo 70 msr, momento 1 -10 Ge. V/c), in avanti, in grado di supportare alta luminosità (1038/cm 2/s) ed identificare p/K/p, per misure, tra l’altro, di fattori di forma ad alto momento trasferito e TMD ad alta statistica a partire dal 2014. La collaborazione italiana è impegnata nella realizzazione del tracciatore GEM (destra) ad alta risoluzione spaziale, e nel supporto al RICH di HERMES. Trasferimento di polarizzazione dalla sonda elettronica al protone diffuso elasticamente Tracciatore GEM per SBS In grado di sostenere l’alta luminosità, superfice utile 40 x 100 cm 2, modulare e compatto. Sarà basato su 5 rivelatori in tecnologia GEM (Gas Electron Multiplier): camere con gas dove la ionizzazione prodotta dalla particella di alto momento, viene moltiplicata per successive ionizzazioni nell’attraversamento di piccoli fori praticati su fogli GEM dove è presente un intenso campo elettrico. Sono previsti circa 50000 canali sensibili. Il sistema è in fase di prototipazione. Prototipo GEM Due configurazioni di SBS, per misure di struttura del nucleone Nella separazione Rosenbluth l’approssimazione di singolo fotone scambiato non sembra adeguata Misure previste con secondo metodo Evidente discrepanza tra i due metodi di misura. Mal comprensione dei meccanismi di QED nei processi elastici! Verso una visione unificata e coerente della struttura del nucleone