Gli esperimenti di fisica nucleare possono essere ad alta energia, in cui si fanno collidere a velocità elevatissime particelle come protoni o ioni, oppure a bassa energia in cui si studiano i nuclei e le reazioni nucleari.
Per studiare come si aggregano i costituenti elementari della materia gli esperimenti attuali sfruttano le collisioni tra particelle ad alta energia. Tra questi, l’esperimento Alice, al CERN studia le collisioni tra protoni per indagare le proprietà e il comportamento dei quark e dei gluoni. Negli USA, al Brookhaven National Laboratory è, invece, in costruzione l’Electron-Ion Collider (EIC), un collisore di particelle ad alta energia, unico nel suo genere, che cercherà risposte ad alcune delle domande più importanti della fisica nucleare, come il modo in cui quark e gluoni interagiscono attraverso la forza forte per creare i protoni. Al progetto l’INFN ha aderito nel 2024. Al Jefferson Lab, in Virginia, si fanno invece scontrare, a bassa energia, nuclei ed elettroni con l’obiettivo scientifico di fotografare e studiare l’interno dei nuclei.
I meccanismi di formazione delle stelle, comparse nell’Universo solo quando si fu sufficientemente espanso e raffreddato, sono oggetto di studio nei Laboratori Nazionali dell’INFN. Ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ad esempio, il piccolo acceleratore Luna è in grado di studiare la formazione dei nuclei a energie paragonabili a quelle che si trovano in una stella, molto più basse rispetto a quelle ottenute nei normali acceleratori di particelle. Acceleratori e rivelatori tra i più sofisticati al mondo sono invece installati ai Laboratori Nazionali di Legnaro e ai Laboratori Nazionali del Sud per la produzione e lo studio delle caratteristiche dei nuclei instabili. Uno degli obiettivi primari di questi esperimenti è la comprensione dei meccanismi di formazione dei nuclei pesanti, di massa superiore al ferro, in stelle di grandi dimensioni. Inoltre, la fisica nucleare viene impiegata per applicazioni biomediche come, ad esempio, lo studio dei radionuclidi e la produzione di isotopi per la medicina con l’entrata in funzione del progetto SPES.
