Space-time correlations of intermediate mass fragments emitted in Heavy ion reactions at Fermi energy by intensity interferometry studied with CHIMERA and perspectives

In Heavy Ion Collisions (HIC) at Fermi energies (E/A between 10 MeV/nucleon and 100 MeV/nucleon) hot nuclear systems are produced and they may disassemble by a variety of dynamical and statistical mechanisms with vastly different time scales (neck emission, fission, multifragmentation, fusion-evaporation, ecc.). The study of the Space-Time properties of the emission pattern of the particles produced in the reactions represents one the most challenge topics of the modern investigation in nuclear physics. For this reason special geometrically flexible particle-particle correlation arrays are powerful tools to be used in coincidence mode with a 4pi detectors. Sensitivity to both space-time and spectroscopic properties of nuclear systems produced in HIC needs accurate measurements of both high angular and energy resolution over a large solid angle coverage. One of these arrays is FARCOS, presently under construction at the INFN Sezione di Catania and LNS. The FARCOS (Femtoscope ARray for COrrelations and Spectroscopy) consists of a number of twenty telescopes, each composed by two Double Sided Silicon Strip Detectors (DSSSD), of thickness 300 micron and 1500 micron, respectively, followed by four CsI(Tl) crystals of 6 cm of thickness read-out by silicon photodiodes. In this PhD thesis a report of the experimental characteristics of the FARCOS array is presented. In particular, tests with alpha sources and on-beams measurements coming from the recent experiment INKIISSY are discussed. A basic study of the particle-particle correlation function is also an important step of this large experimental effort in order to characterize the time scale of the reaction in different experimental configurations. In this work, the space-time sensitivity of the fragment-fragment Correlation Function to the emission of Intermediate Mass Fragments (the IMFs have atomic number between 3 and 25) has been investigated. In particular, IMF-IMF correlation function methods have been applied to 124Sn+64Ni at E/A= 35 MeV reverse kinematics reactions for the physics case of dynamical and statistical fission processes. The IMF-IMF correlation function shows good sensitivity in order to disentangle between dynamical and statistical processes. Some comparisons between data and theoretical simulations, are also discussed.

In collisioni tra ioni pesanti alle energie di Fermi (E/A compresa tra 10 MeV/nucleone e 100 MeV/nucleone) sono prodotti sistemi nucleari molto eccitati lontani dalla stabilità che possono decadere in una grande varietà di meccanismi sia dinamici che statistici con scale temporali molto diverse (emissione da collo, fissione, multiframmentazione, fusione ed evaporazione). Lo studio delle proprietà spazio-temporali delle sorgenti di emissione prodotte nelle reazioni rappresenta una delle sfide più importati nei moderni temi di ricerca in fisica nucleare. Per questa ragione speciali strutture di rivelatori detti correlatori particella-particella flessibili e modulari sono importanti strumenti da accoppiare ai più potenti multi-rivelatori a 4pi. Le osservabili sensibili alle proprietà spazio temporali e spettroscopiche, necessitano di essere misurate con alta risoluzione energetica ed angolare ed in un angolo solido quanto più ampio possibile. Uno di questi rivelatori FARCOS, che è in costruzione presso INFN-sezione di Catania e INFN- Lavoratori Nazionali del Sud. FARCOS (Femtoscope ARray for COrrelation and Spectroscopy) è un rivelatore modulare composto da venti telescopi, ciascuno dei quali è composto da tre stadi di rivelazione. I primi due sono silici a strip in entrambi i lati (DSSSD) con 32 strip verticali nel lato frontale (front side) (rispetto alla reazione nucleare) e 32 strip orizzontali nella retro parte (back side). Il primo stadio ha uno spessore di 300 micron, il secondo di 1500 micron ed il terzo è composto da quattro cristalli di Ioduro di Cesio drogati al Tallio, CsI(Tl), letti da foto-diodi al silicio. In particolare, in questo lavoro di tesi, sono riportati e discussi i primi test eseguiti su FARCOS sia con sorgenti di particelle alfa e sia con fasci ionici prodotti presso i LNS di Catania durante l’esperimento InKiIsSy in cui è stato testato un prototipo di FARCOS composto dai primi 4 moduli. Lo studio di funzioni di correlazione tra particelle è un importante fase di questo grande sforzo sperimentale che consiste nel cercare di caratterizzare le scale temporali in diverse configurazioni sperimentali delle reazioni nucleari. In questo lavoro di tesi è stata studiata la sensibilità della funzione di correlazione tra frammenti di massa intermedia (gli IMFs hanno numero atomico compreso tra 3 e 25) al fine di fissare alcuni riferimenti nelle scale temporali dei processi che li hanno prodotti e nelle dimensioni delle sorgenti che li hanno emesse. In particolare la funzione di correlazione IMF-IMF è stata studiata nella reazione a cinematica inversa 124Sn+64Ni all’energia per nucleone di E/A= 35 MeV in cui è stato chiaramente evidenziata una forte competizione tra i meccanismi dinamici e statistici nella produzione di frammenti più pensati. La funzione di correlazione risulta essere una buona sonda per studiare l’emissione dinamica di tali frammenti. Sono presentati e discussi anche preliminari confronti tra la funzione di correlazione IMF sperimentale e quella teorica ottenuta con simulazioni realistiche di modelli sviluppati nell’ambito della teoria del trasporto.