Reazioni tra nuclei pesanti: stato dell'arte

È stata pubblicata recentemente sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale Progress in Particle and Nuclear Physics, specializzata nel settore della Fisica delle particelle e della Fisica nucleare, una review su invito dell'editore che descrive lo stato dell'arte del Progetto Numen. Al Progetto, coordinato dal Professor Francesco Cappuzzello del DFA, collaborano numerosi fisici catanesi, tra i quali le Dott.sse Manuela Cavallaro e Maria Colonna (INFN-LNS), co-firmatarie, tra gli altri, dell'articolo.

Nella fattispecie l'articolo descrive lo stato dell'arte della ricerca nel settore delle reazioni nucleari di scambio di carica indotte da ioni pesanti. Tali processi indotti nelle collisioni fra proiettili accelerati e bersagli determinano la trasformazione, all'interno di un nucleo, di un neutrone in un protone (o viceversa). La transizione nucleare è del tutto simile a quella determinata spontaneamente nei decadimenti radioattivi di tipo beta. Le reazioni sono processi stimolati dall'interazione forte, mentre i decadimenti beta sono invece mediati dall'interazione debole. Malgrado tale fondamentale differenza, esistono forti analogie, dimostrabili matematicamante e provate sperimentalmente, che permettono di mettere in relazione quantitativa la risposta nucleare nei due casi. Quantitativamente, tale risposta è rappresentata da uno specifico elemento di matrice di transizione, per cui quanto detto sopra segnala che è possibile trovare delle corrispondenze fra tali elementi di matrice. Tale link è stato argomento di grande interesse nell'ultimo mezzo secolo, ma l'attenzione era principalmente rivolta a reazioni indotte da ioni leggeri e a processi al primo ordine, ovvero in cui solo un neutrone (o protone) viene convertito.

La peculiarità dell'articolo è di provare che, sotto certe condizioni, tale relazione esiste anche per reazioni di scambio di carica indotte da ioni pesanti e che tale connessione può essere stabilita anche per processi al secondo ordine, ovvero reazioni e decadimenti radioattivi in cui due neutroni (o protoni) sono convertiti. Dato l'interesse centrale che oggi assume la ricerca del doppio decadimento beta dei nuclei, come risorsa per l'esplorazione della Fisica oltre il Modello Standard delle particelle elementari, e come strumento di indagine per determinare la natura di Dirac o Majorana dei neutrini, nonché la massa di tali particelle, si comprende l'interesse per processi come le reazioni di doppio scambio di carica, che sono poi all'origine dell'invito dell'Editor e sono pertanto descritte nell'articolo. Ad oggi tale ricerca è promossa principalmente dall'esperimento NUMEN dell'INFN e dal Progetto NURE ad esso correlato dell'ERC. La scelta dell'Editor segnala in pratica la centralità della ricerca condotta dalla collaborazione Numen, con chiara evidenza per il #DFA, in tale contesto della Fisica fondamentale.


Data di pubblicazione: 13/11/2019