The CHIFAR experiment @ LNS: dynamical and isospin effects in heavy ion collisions at 20 AMeV studied with CHIMERA and FARCOS [L'esperimento CHIFAR @ LNS: effetti dinamici e di isospin nelle Collisioni di Ioni Pesanti a 20 AMeV studiati con CHIMERA e FARCOS]

The Heavy Ion Collisions at intermediate energy regime are an appropriate environment for the investigation of the features of the nuclear interaction in the matter. The CHIFAR experiment was carried out at INFN-Laboratori Nazionali del Sud: the main aims were the study of the reaction mechanisms, the Intermediate Mass Fragments (IMFs) emission probability and the isospin role in HICs. The CHIMERA Collaboration studied some nuclear reactions at 20 AMeV of beam incident energy, obtained from the combinations of three different beams and as many targets. The experimental setup involved the CHIMERA multi-detector and the new FARCOS (Femtoscope ARray for COrrelation and Spectroscopy) correlator. The choice of this apparatus permitted to benefits of the very high performances of the two detectors. CHIMERA provides a complete description of the reaction events, while a very precise identification of the fragments detected in the solid angle coverage can be achieved thanks to the high energy and angular resolution of FARCOS. The experimental procedure, data analysis and results are explained in the thesis. The data analysis was focused on the IMFs emission and their identification with the ΔE-E technique. The method of the so-called “pixelation” was implemented and applied in order to improve the reconstruction of the events: the correct position of each particle detected by the FARCOS correlator can be assigned without ambiguity. The isospin degree of freedom plays a crucial role in understanding nuclear interactions, thanks to its connection with the Equation Of State (EOS) of the nuclear matter. The merging of the data collected by FARCOS and CHIMERA was very important to select the global variables needed to characterize the emission process. The last part of this work concerns the ASY-EOS II experiment, carried out at GSI-FAIR in Darmstadt, Germany. It is aimed at the determination of the features of the EOS, putting new and more stringent constraints on the density dependence of the symmetry energy at supra-saturation densities. The high-density regime, which according to the model should reach twice the saturation one, will provide important information for astrophysical predictions of the mass-radius relationship of neutron stars.

Le Collisioni di Ioni Pesanti a regime energetico intermedio costituiscono un ambiente interessante per lo studio delle caratteristiche dell'interazione nucleare nella materia. L'esperimento CHIFAR è stato condotto presso l'INFN-Laboratori Nazionali del Sud: gli obiettivi principali erano lo studio dei meccanismi di reazione, la probabilità di emissione dei frammenti di massa intermedia (IMF) e il ruolo dell'isospin nelle Collisioni di Ioni Pesanti. La collaborazione CHIMERA ha studiato alcune reazioni nucleari a 20 AMeV di energia incidente del fascio, ottenute dalla combinazione di tre diversi fasci e altrettanti bersagli. L'apparato sperimentale comprendeva il multi-rivelatore CHIMERA e il nuovo correlatore FARCOS (Femtoscope ARray for COrrelation and Spectroscopy). La scelta di questo apparato ha permesso di sfruttare le elevate prestazioni dei due rivelatori. CHIMERA fornisce una descrizione completa degli eventi di reazione mentre FARCOS, grazie alla sua elevata risoluzione energetica e angolare, consente un'identificazione molto precisa dei frammenti rilevati nella copertura dell'angolo solido. La procedura sperimentale, l'analisi dei dati e i risultati sono spiegati nella tesi. L'analisi dei dati si è concentrata sull'emissione delle IMF e sulla loro identificazione con la tecnica ΔE-E. È stato implementato e applicato il metodo della cosiddetta “pixelizzazione” al fine di migliorare la ricostruzione degli eventi: la posizione di ciascuna particella rilevata dal correlatore FARCOS è stata assegnata senza ambiguità. Il grado di libertà dell'isospin svolge un ruolo cruciale nella comprensione delle interazioni nucleari, grazie alla sua connessione con l'Equazione di Stato (EOS) della materia nucleare. Il merging dei dati raccolti da FARCOS e CHIMERA è stato determinante per selezionare le variabili globali necessarie a caratterizzare il processo di emissione. L'ultima parte di questo lavoro riguarda l'esperimento ASY-EOS II, condotto presso il GSI-FAIR di Darmstadt, in Germania. Esso mira a determinare le caratteristiche dell'EOS, imponendo nuovi e più rigorosi vincoli sulla dipendenza dalla densità dell'energia di simmetria a densità di super-saturazione. Il regime ad alta densità, che secondo il modello dovrebbe raggiungere il doppio di quello di saturazione, fornirà informazioni importanti per le previsioni astrofisiche del rapporto massa-raggio delle stelle di neutroni.