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Gabriella Sartorelli

Professoressa ordinaria

Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi"

Settore scientifico disciplinare: FIS/01 FISICA SPERIMENTALE

Temi di ricerca

Parole chiave: Materia Oscura Raggi Cosmici Scattering profondamente anelastico collassi stellari Plasma di quark e gluoni

1) Esperimento LVD presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) attualmente il più grande rivelatore al mondo a scintillatore liquido, circa 1000 t, per la rivelazione e lo studio di neutrini da collassi stellari e da altre sorgenti oltre che di muoni cosmici di alta ed altissima energia.

2) Esperimento ZEUS ad HERA (DESY), studio delle interazioni elettrone-protone a 318 GeV nel sistema del centro di massa. Uno studio sistematico della struttura interna del protone e delle forze di colore dei quark (teoria QCD).

3) Esperimento ALICE ad LHC (CERN), studio delle interazioni tra ioni pesanti (Pb-Pb) ultrarelativistici. I costituenti del nucleone in condizioni di altissima densità di energia e temperatura dovrebbero formare uno stato particolare della materia, il Quark-Gluon Plasma

4) Progetto EEE - Extreme Energy Events, consiste di rivelatori per muoni cosmici installati presso scuole medie superiori su tutto il territorio nazionale. Studio di raggi cosmici nelle scuole.

5) Esperimento XENON100, esperimento XENON1T, ricerca della Materia Oscura nei laboratori sotterranei del Gran Sasso con una TPC a Xenon in doppia fase liquido-gassoso. Attualmente in presa dati XENON100 con una massa di 100 kg. L'esperimento XENON1T, con una massa fiduciale di 1 t di Xenon, è stato approvato nel corso del 2011 ed è attualmente in corso di costruzione.



L'attività scientifica di Ricerca Fondamentale Orientata della Prof.a Gabriella Sartorelli, svolta nell'ambito del gruppo di ricerca di appartenenza, rientra nel campo della fisica sperimentale subnucleare, delle asptroparticelle e dei nuclei. Gli argomenti specifici delle ricerche compiute nel triennio 2004-2006 sono legati ai quattro esperimenti menzionati. Qui di seguito diamo una descrizione dettagliata dei tre principali. 1) LVD. Studio della radiazione cosmica penetrante presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), studio di bursts di neutrini di origine cosmica. L'esperimento LVD è in presa dati dal 1992 ed alla sua costruzione ha partecipato un'ampia collaborazione internazionale. Il rivelatore è costituito di circa 1000 t di scintillatore liquido che ne fanno ancora oggi il più grande apparato al mondo per l'osservazione dei collassi stellari. L'apparato è, più in generale, un grande osservatorio per neutrini, principalmente di bassa energia da collassi gravitazionali. Il rivelatore è particolarmente efficiente nella rivelazione di antineutrini elettronici di bassa energia che, interagiscono con l'H del liquido scintillatore tramite decadimento beta inverso che fornisce una segnatura molto precisa per la rivelazione di antineutrini elettronici di bassa energia. La presenza del ferro della struttura di sostegno e dei contenitori dello scintillatore oltre che di atomi di C nel liquido scintillante, permettono, in caso di rivelazione di neutrini da collasso stellare, di fare anche studi di oscillazioni di neutrini da quell'origine. Insieme ad altri 3 esperimenti che possono rivelare collassi stellari, in Giappone e negli USA, ha costituito un network, SNEWS (Super Nova Early Warning System), per la rivelazione di collassi stellari ed informazione immediata agli osservatori astronomici per l'osservazione dell'eventuale componente elettromagnetica conseguente al fenomeno. Il rivelatore LVD, per la sua struttura modulare, la sua massa in scintillatore e ferro (circa 2000 t) e la configurazione geometrica nella sala A dei laboratori sotterranei del Gran Sasso ha previsto e recentemente effettuato un monitor molto efficiente del fascio di neutrini CNGS dal CERN potendo, in tempo reale, fornire informazioni circa il corretto funzionamento del fascio. 2) ZEUS. Studio delle interazioni elettrone-protone a 318 GeV di energia nel sistema del centro di massa. Il gruppo di Bologna (Università e INFN) ha partecipato attivamente ad una grande collaborazione internazionale di circa 330 ricercatori, presso gli anelli di accumulazione per protoni ed elettroni HERA nel laboratorio DESY ad Amburgo. Il programma di lunga data ha studiato sistematicamente la struttura interna del protone e le forze di colore dei quark costituenti (teoria QCD). Alla fine del 2005 erano stati raccolti dati corrispondenti ad una luminosità integrata di 230 pbarn^-1 per (e- p) e 250 pbarn^-1 per (e+ p), e negli anni anni successivi la statistica è raddoppiata. Tali dati hanno consentito una verifica senza precedenti della teoria QCD. Le pubblicazioni prodotte sono una decina all'anno. 3) ALICE. Studio delle interazioni tra ioni pesanti (Pb-Pb) ultrarelativistici ad una energia nel sistema del centro di massa di 5.5 TeV per coppia di nucleoni. Poco si conosce a tutt'oggi dello stato della materia chiamato Quark-Gluon Plasma (QGP), stato che si dovrebbe realizzare quando i costituenti del nucleone, in condizioni di altissima densità di energia e temperatura, formano un sistema a molti corpi dominato dalle forze di colore. Nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN a Ginevra si realizzerà un plasma di altissima temperatura e densità sufficiente per renderne osservabile il comportamento statistico e studiare aspetti tuttora ignoti della teoria QCD. Il gruppo di Bologna (Università e INFN) ha la completa responsabilità (progettazione e costruzione) del rivelatore TOF (“Time-Of-Flight”) per la misura dei tempi di volo delle particelle cariche prodotte nella zona centrale di pseudorapidità (1.8 unità attorno a zero) e quindi per l'identificazione di pioni, kaoni e protoni con impulsi da circa 0.5 a 2.5 GeV/c (fino a 4 GeV/c per la separazione K/p). L'apparato TOF consiste di 18 SuperModuli contenenti sia i rivelatori attivi , le “Multigap Resistive Plate Chambers” , sia tutta l'elettronica “custom” di “front-end” e di “readout”.). Due moduli sono già assemblati al CERN, uno è già nella posizione finale

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