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Il progetto, cofinanziato dal MIUR per il biennio 2003-2005, riguarda la fisica
teorica del nucleo atomico, dei suoi costituenti e dei sistemi a molte
particelle che si possono trattare con metodi teorici simili. Al progetto
partecipa la quasi totalità dei gruppi
italiani attivi nella fisica nucleare teorica operanti in 17 Università.
Obiettivo generale della ricerca è l'approfondimento della comprensione
della struttura e della risposta dinamica di un sistema composito a
partire dalle proprietà delle interazioni fondamentali tra i suoi
costituenti elementari. L'attività proposta è una naturale
continuazione e uno sviluppo di temi già affrontati in precedenza, ma si
focalizza solo su una parte della ricerca che i vari gruppi conducono in modo da
rendere più omogeneo il progetto e permettere il raggiungimento degli
obiettivi nel corso del biennio per cui si è ricevuto il finanziamento.
Una peculiarità della proposta consiste proprio nella concentrazione su
temi e metodi che coinvolgono mutue interazioni e/o esplicite collaborazioni fra le
varie Unità di Ricerca in uno sforzo comune di accrescere la conoscenza
del comportamento della materia con ricadute in settori in cui essenziale si
rivela l'uso di metodi e tecniche di calcolo sviluppati per la fisica nucleare.
Il progetto riguarda la fisica teorica dei nuclei atomici, dei suoi costituenti e dei sistemi di molte particelle che si possono trattare con metodi teorici simili, tipici di un sistema fisico confinato spazialmente e con un numero finito di gradi di libertà. Le proprietà dei sistemi quantistici finiti di molte particelle, come i nuclei degli atomi, dipendono non soltanto dalla natura delle particelle che li costituiscono e dalle loro mutue interazioni, quanto piuttosto dal loro essere confinati e dall'interazione tra i gradi di libertà collettivi e di particella singola. Effetti dovuti alla natura quantistica, alla rinormalizzazione e alla rottura spontanea di simmetrie si riscontrano in ugual misura in processi che coinvolgono differenti sistemi quantistici. Perciò lo sviluppo di metodi e di tecniche di calcolo per lo studio di un sistema come il nucleo atomico si rivelano utili anche nella descrizione di altri sistemi che si incontrano per esempio in fisica atomica, in astrofisica nucleare e in meccanica statistica. Viceversa, concetti teorici e tecniche di teoria di campo, per esempio, vengono utilmente impiegati anche in fisica nucleare. Perciò questo tipo di ricerca si caratterizza per la sua interdisciplinarità. Tuttavia l'attenzione del progetto è soprattutto rivolta al nucleo atomico e ai suoi costituenti, i nucleoni, considerati nel vuoto e nel mezzo nucleare, con le loro mutue interazioni, con lo scopo di arrivare a una comprensione della risposta dinamica della materia nucleare in diverse condizioni di temperatura e densità. L'esplorazione del diagramma di fase della materia nucleare e l'identificazione delle sue diverse fasi è una delle sfide maggiori della moderna fisica nucleare. Lo scopo principale sta nel comprendere le proprietà dell'interazione nucleare alle varie scale di energia. Questa interazione è descritta da una teoria efficace che emerge come limite di bassa energia della QCD e che è stata ampiamente studiata nello stato fondamentale e negli stati eccitati legati del nucleo atomico. Oggi sono possibili calcoli ab initio con interazioni realistiche nei sistemi di pochi nucleoni. Da questi calcoli si è appreso che occorre introdurre forze a tre corpi per predire correttamente le energie di legame e gli spettri di eccitazione dei nuclei leggeri fino ad A=10. Le interazioni e le correnti nucleari microscopiche sono anche in grado di descrivere con grande precisione l'insieme dei dati di scattering dei sistemi di tre nucleoni includendo anche la repulsione Coulombiana. Alcuni di questi calcoli sono anche molto importanti per le loro applicazioni in astrofisica nucleare come, per esempio, nella determinazione del fattore di sezione d'urto astrofisico (fattore S). Nei nuclei complessi, trattati come un sistema di molte particelle, è oggi possibile l'esecuzione di calcoli realistici di modello a shell per descriverne le proprietà spettroscopiche a partire dalle interazioni di base tra i nucleoni. Una maggiore comprensione della dinamica nucleare si ottiene quando la materia nucleare viene riscaldata in reazioni indotte da collisioni di ioni pesanti fino al punto da dissociarsi in nucleoni lascamente interagenti. In queste collisioni emergono fenomeni collettivi e proprietà macroscopiche che coinvolgono molti gradi di libertà e che derivano dalle leggi microscopiche della fisica delle particelle elementari. Inoltre c'è ampia evidenza di un cambiamento delle proprietà adroniche nella materia nucleare quando viene variata la densità e/o la temperatura della materia circostante. La conoscenza dell'equazione di stato della materia nucleare in condizioni estreme di temperatura e densità è essenziale, ma non sufficiente per la descrizione di condizioni lontane dall'equilibrio termodinamico che si verificano localmente durante queste collisioni. Perciò il più adatto è l'approccio interdisciplinare che coinvolge concetti di fisica nucleare, di fisica delle particelle e di termodinamica dei sistemi caldi e densi. In questo quadro si è scelta una varietà di temi che sono tutti indicati e discussi dalle varie Unità di Ricerca nelle loro proposte. Qui viene solo dato un elenco riassuntivo con l'indicazione entro parentesi delle varie Unità impegnate nelle corrispondenti ricerche.
Una rassegna di risultati ottenuti durante il progetto precedente dallo stesso
titolo e cofinanziato dal MIUR nel biennio 2001-2003
(PRIN-01) è stata
presentata nel IX Convegno su Problemi di Fisica Teorica Nucleare,
tenutosi a Cortona (AR) dal 9 al 12 ottobre 2002. I rendiconti sono stati curati
da S. Boffi, A. Covello, M. Di Toro, A. Fabrocini, G. Pisent e S. Rosati e sono
stati pubblicati nel 2003 dalla World Scientific col titolo Theoretical
Nuclear Physics in Italy. I testi preliminari delle relazioni e dei
contributi si possono trovare al seguente sito web
http://www.df.unipi.it/~fabro/cortona/papers/.
Una rassegna di risultati ottenuti durante il progetto cofinanziato dal MIUR nel
biennio 2003-2005
stata
presentata nel X Convegno su Problemi di Fisica Teorica Nucleare,
tenutosi a Cortona (AR) dal 6 al 9 ottobre 2004. I rendiconti sono stati curati
ancora da S. Boffi, A. Covello, M. Di Toro, A. Fabrocini, G. Pisent e S. Rosati
e sono stati pubblicati nel 2005 dalla World Scientific col titolo Theoretical
Nuclear Physics in Italy. I testi preliminari delle relazioni e dei
contributi si possono trovare al seguente sito web
http://www.df.unipi.it/~fabro/cortona/papers04/. Maggiori dettagli sulla struttura del progetto e sulle Unità di Ricerca coinvolte si possono trovare al sito web del progetto: http://tnuc.le.infn.it/. |