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I primi atomi kaonici di SIDDHARTA-2 su DAΦNE

Il 19 luglio 2021 si è concluso con successo il primo periodo di presa dati dell’esperimento SIDDHARTA-2 installato sul collisore DAΦNE.

SIDDHARTA-2, una collaborazione internazionale tra 12 istituti da 7 paesi, ha come obiettivo lo studio dell’interazione nucleare forte attraverso misure di raggi X emessi in corrispondenza a transizioni tra i diversi livelli in atomi kaonici. Un atomo kaonico si forma quando un elettrone in orbita intorno al nucleo è sostituito da un kaone con carica negativa proveniente dal collisore DAΦNE. L’esperimento utilizza tecnologie all’avanguardia, in particolare nuovi rivelatori spettroscopici a silicio (Silicon Drift Detectors) per la rivelazione dei raggi X e un complesso sistema di veto per abbattere i fondi.

Il primo run di SIDDHARTA-2 è stato effettuato con SIDDHARTINO, una versione ridotta di SIDDHARTA-2, con l’intento di misurare primi atomi kaonici durante la fase di messa a punto dell’acceleratore DAΦNE.

Dopo il periodo di lockdown che ha interrotto l’attività dell’acceleratore per circa 10 mesi, DAΦNE è ripartito nel febbraio del 2021 con l’obiettivo di fornire fasci di kaoni a SIDDHARTINO minimizzando il fondo di raggi X indotto da collisioni spurie.

DAΦNE è un articolato complesso di acceleratori che, mettendo in collisione fasci di elettroni e positroni ad alta intensità molto focalizzati, è in grado di produrre un consistente flusso di kaoni caratterizzati da bassa energia. Kaoni con queste proprietà sono praticamente unici al mondo e risultano ideali, per lo studio dell’interazione forte in soglia.

È importante ricordare che l’originalità e la rilevanza scientifica di DAΦNE, sono rappresentati da un nuovo schema di collisone denominato “crab-waist”. Pensato e realizzato per la prima volta a Frascati, questo è ormai diventato un elemento fondamentale non solo per il progetto di nuovi acceleratori, ma anche per potenziare le prestazioni dei collisori leptonici esistenti.

Durante questi mesi, i parametri dei fasci di elettroni e positroni sono stati opportunamente messi a punto e, a partire dal maggio 2021, SIDDHARTINO ha iniziato la presa dati potendo contare su una luminosità massima dell’ordine di 8×1031 cm-2s-1, un valore volutamente moderato in modo da favorire una progressiva comprensione del nuovo apparato. Questa fase è stata fondamentale anche per comprendere quali fossero i parametri più efficaci per la riduzione del fondo che alla fine del periodo di lavoro è stato più che dimezzato.

In questo contesto SIDDHARTINO ha misurato raggi X corrispondenti a transizioni sul livello 2p nell’elio4-kaonico con varie configurazioni dell’apparato e con due diverse densità dell’elio. Lo studio di queste contribuirà ad una miglior comprensione della cascata atomica, nonché allo studio dell’elio kaonico stesso, per il quale si stima una precisione della misura dell’energia dei raggi X comparabile con le migliori misure fin qui eseguite.

Durante l’estate, la collaborazione SIDDHARTA-2 installerà su DAΦNE l’apparato completo per prepararsi alla misura del deuterio kaonico che partirà in autunno.

Questo risultato è stato reso possibile dall’entusiasmo e dalla perfetta collaborazione tra il gruppo di tecnici, tecnologi e ricercatori che lavorano a DAΦNE, e il gruppo SIDDHARTA-2, nonché dal costante supporto fornito dal laboratorio nel suo complesso.