Attività di ricerca

La Fisica Nucleare studia le proprietà dei nuclei atomici e dei loro costituenti, protoni e neutroni e dei sistemi complessi formati in interazioni tra nuclei.

Dalla scoperta dell’esistenza del nucleo atomico e della sua struttura, l’evoluzione di questo tema scientifico è arrivato allo studio dei nuclei come sistemi complessi governati dall’interazione forte, allo scopo di comprendere le proprietà della materia che costituisce il nostro universo. Questo obiettivo può essere raggiunto attraverso l’analisi dei possibili modi di fondersi o frammentarsi dei nuclei nelle collisioni o formando elementi non esistenti in natura perché instabili o studiando il sistema di particelle generato in collisioni altamente energetiche.

I fenomeni osservati nei nuclei mettono in gioco anche altre particelle rispetto ai nucleoni, come neutrini, elettroni, le cui proprietà, legate all’interazione debole, conducono alla verifica di molte leggi fondamentali. Lo studio delle reazioni che portano alla formazione di nuclei più pesanti da quelli più leggeri ci racconta come si sono formati gli elementi a noi noti e come nascono ed evolvono le stelle e, portando la materia nucleare a condizioni estreme di densità, come era fatto l’universo poco dopo il "Big Bang".

Esiste quindi un legame profondo tra le proprietà dei nuclei, la fisica delle particelle e la cosmologia, rendendo la fisica nucleare un campo "interdisciplinare" dalle molteplici opportunità di scoperta.

Al tempo stesso è enorme l’impatto delle applicazioni di queste attività, che vanno ben oltre quelle più comuni nell’immaginario dei non iniziati, come gli armamenti e l’energia da fissione: basti pensare alle tecniche di adroterapia e di analisi dei tessuti biologici, all’analisi dei materiali, alle applicazioni ambientali, che beneficiano del sempre maggiore approfondimento delle proprietà della materia nucleare e del progresso tecnologico connesso all’ideazione di esperimenti sempre più sofisticati che richiedono una continua evoluzione della strumentazione e la gestione di moli di dati sempre maggiori.

Le linee di ricerca del gruppo spaziano dunque su un ampio spettro di interessi: la struttura dei nuclei lontani dalle condizioni di stabilità, a valori estremi di spin, isospin ed energia di eccitazione usando anche i raggi gamma come sonde delle proprietà fondamentali della struttura dei nuclei atomici; i meccanismi di reazione tra nuclei stabili e radioattivi; la dinamica delle reazioni nucleari a energie basse e intermedie; la transizione di fase dalla materia ordinaria (adronica) a quella deconfinata (QGP, quark-gluon plasma); misure di interesse astrofisico e studio di reazioni di nucleo-sintesi a bassissima energia in laboratorio sotterraneo; applicazioni della fisica nucleare per usi civili (controlli ambientali, individuazione di materiali fissili, bonifica di aree minate, tanto per citarne alcune).

Sito web

  Research Activity

Nuclear Physics studies the properties of the atomic nucleus and its constituents, protons and neutrons and complex systems, originating from interaction among nuclei.

From the discovery of the nucleus and its structure, the evolution of the scientific subject has led to the nucleus being studied as a complex system governed by the strong interaction. The goal is to understand the properties of the matter that permeates our Universe. This can be achieved by analysing possible ways of merging or fragmenting nuclei during nuclear collisions and/or forming exotic radioactive elements or studying particle systems generated during high-energy collisions.

Phenomena observed in nuclei also involve other kinds of particles distinct from nucleons, such as neutrinos and electrons, the properties of which are linked to the weak interaction and leads to the verification of many fundamental laws. The study of the reactions, leading to the formation of both heavier and lighter nuclei, tells us how the elements and the stars evolve. Additionally, by bringing nuclear matter to extreme densities, how the Universe appeared shortly after the "Big Bang" can be investigated.  
There is, therefore, a deep bond between nuclear properties, particle physics and cosmology, making nuclear physics an "interdisciplinary" field with multiple opportunities for discovery.

At the same time, there is a huge impact in the field of applications, which goes far beyond the common ones, such as armaments and fission reactors: just think about radiotherapy treatments, analysis of biological tissues, materials analysis and environmental applications. All these applications benefit from expanding our understanding of nuclear properties and the technological progress associated with increasingly sophisticated experiments, that require a constant evolution of the instrumentation and the management of bigger and bigger amounts of data.

The main research lines of our group, therefore, span  a broad range of interests: the structure of the nuclei far from stability, at extreme values of spin, isospin (neutron-to-proton ratios) and excitation energy. We also use gamma rays as probes of the fundamental properties of atomic nuclei; examining reaction mechanisms between stable and radioactive nuclei; scrutinising the dynamics of low and intermediate energy reactions; elucidating the phase transition from ordinary (hadronic) to deconfined matter (QGP, quark-gluon plasma); making astrophysical measurements and studying nucleosynthesis processes at extremely-low energy in underground laboratories;  developing applications of nuclear physics for civil uses, such as environmental controls, detection of fissile materials, reclamation of surface mined areas, just to name a few.
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