INFN

Syndicate content
Updated: 17 weeks 3 days ago

COMPUTER QUANTISTICI E RADIOATTIVITA’ NATURALE: STUDIO SU NATURE

16 June, 2021 - 14:41

La rivista Nature pubblica oggi una ricerca che studia l’impatto della radioattività naturale sul funzionamento dei computer quantistici e evidenzia come le particelle gamma e i muoni cosmici (normalmente presenti nell’ambiente) possano interferire con i complessi meccanismi alla base del funzionamento dei qubit, gli elementi costitutivi dei computer quantistici. Alla ricerca, condotta dalla University of Wisconsin-Madison e da altre istituzioni americane e francesi, hanno collaborato ricercatrici delle sezioni INFN di Roma 1.

I qubit, abbreviazione per “quantum bit” (bits quantistici), sono costituiti da circuiti integrati superconduttivi; possono allo stesso tempo salvare ed elaborare dati in parallelo, rendendo i computer quantistici più veloci e potenti rispetto ai computer tradizionali. Una delle sfide fondamentali nella ricerca sui qubit è come estenderne la durata, evitando o correggendo errori di memoria che possono comprometterne il funzionamento.

Studiando le prestazioni di una matrice di qubit per diverse ore, gli scienziati hanno osservato che, in molti casi, diversi qubit erano simultaneamente affetti da errori di memoria: un problema cruciale per lo sviluppo di un computer quantistico. Infatti, i protocolli per correggere errori di memoria prevedono che se un qubit fallisce, gli altri possano conservare l’informazione rendendola così recuperabile. Se invece si presentano più errori simultaneamente l’informazione andrà irrimediabilmente perduta. Dunque, è fondamentale comprendere l’origine di questi errori simultanei.

Attraverso simulazioni sviluppate dal team dell’INFN che hanno riprodotto l’effetto dell’interazione di particelle della radioattività naturale con i circuiti superconduttivi, sviluppate dal team dell’INFN, è stato possibile dimostrare che questi errori simultanei sono dovuti alla radioattività naturale

“L’esperienza maturata in ambito INFN nello studio, modellizzazione e riduzione della radioattività ambientale ci ha permesso di portare un contributo innovativo alla ricerca sul funzionamento dei qubits e si è rivelata di grande importanza per l’interpretazione dei risultati sperimentali “ sottolinea Claudia Tomei, ricercatrice della sezione INFN di Roma 1.

La ricerca oggetto di questo studio e i risultati ottenuti sono stati di ispirazione per il progetto “SQMS” (Superconducting quantum materials and systems center), coordinato dal Fermilab di Chicago e finanziato dal Department of Energy (DoE) degli Stati Uniti e di cui l’INFN è l’unico partner non statunitense.

“Le tecnologie quantistiche costituiscono un ambito di ricerca e sviluppo in rapida evoluzione, con possibili applicazioni in molteplici ambiti, dalla crittografia allo studio della materia oscura, e SQMS mira a ottenere significativi progressi in questo ambito, sviluppando in cinque anni un computer quantistico d’avanguardia, dalle prestazioni e velocità di calcolo mai raggiunte finora” commenta Laura Cardani, responsabile del progetto SQMS per la sezione INFN di Roma 1.

Nell’ambito del progetto, l’INFN si occuperà di misurare dei prototipi di SQMS in un ambiente fortemente schermato dalla radioattività ambientale, sfruttando un sito unico: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (dove è in corso la costruzione di un nuovo laboratorio per ospitare futuri computer quantistici).

“Questi studi avranno diversi obiettivi” spiega Giulia D’Imperio, ricercatrice della sezione INFN di Roma 1, “dimostrare che il tempo a disposizione per il calcolo aumenta e gli errori simultanei in diversi qubit diminuiscono, ma anche approfondire gli studi fatti finora e comprendere meglio gli effetti della radioattività naturale sul funzionamento dei qubits”.

L’ESPERIMENTO E-97-110 METTE IN LUCE PROPRIETA' INATTESE DELLA STRUTTURA INTERNA DEI NEUTRONI

4 June, 2021 - 10:21

L’orientamento dell’asse intorno al quale i nucleoni, protoni e neutroni, ruotano su loro stessi, denominato spin, varia in virtù delle caratteristiche del campo magnetico a cui queste particelle sono soggette. Grazie allo studio di tale precessione del momento angolare, definita polarizzabilità, che dipende da una riorganizzazione della struttura interna dei costituenti atomici, è possibile fare luce sul modo in cui quark e gluoni, i mediatori della forza forte, interagiscono tra loro all’interno dei nucleoni. È questo l’obiettivo di E-97-110, esperimento ospitato presso il Jefferson Laboratory di Newport News, In Virginia, che vede un importante contributo dell’INFN, il cui ultimo risultato è stato pubblicato lo scorso 31 maggio sulla rivista Nature. Lo studio, che ha preso in esame le particelle prodotte a seguito dello scontro tra elettroni accelerati a basse energie e i neutroni bersaglio dell’esperimento, ha evidenziato come i valori delle polarizzabilità misurate differiscano da quelli previsti dalla cromodinamica quantistica (QCD) non perturbativa, la teoria di riferimento per la descrizione delle interazioni tra quark e gluoni alla scala dei nucleoni. Un risultato che potrebbe perciò indicare la necessità di rendere più accurati i modelli teorici che mirano a una rappresentazione accurata delle proprietà di protoni e nucleoni, particelle di cui è composto il 99% dell’intera massa dell’universo.

Le grandezze misurate da E-97-110 sono state le polarizzabilità generalizzate dello spin del nucleone, le quali sono in relazione diretta con la rotazione dello spin del neutrone attorno alla direzione determinata da variazioni esterne del campo elettromagnetico. Dalla precessione dello spin dipende inoltre la riorganizzazione della distribuzione dei quark e gluoni nel neutrone, che è rivelata mediante il campo elettromagnetico generato all’interno del neutrone stesso. Per determinare tali parametri, l’esperimento impiega elettroni polarizzati, ovvero con spin orientato lungo una precisa direzione, prodotti dall’acceleratore CEBAF del Jefferson Lab, che vengono fatti scontrare con un bersaglio di neutroni anch’essi polarizzati. Il compito di studiare le particelle prodotte a seguito dell’urto è affidato ai due spettroscopi di grandi dimensioni. Per studiare il sistema (il neutrone) alla scala spazio-temporale corretta, l’angolo di diffusione delle particelle prodotte dalla interazione del fascio di elettroni con il bersaglio di neutroni deve essere più piccolo di quello minimo ottenibile dagli spettrometri della sala A del Jefferson Lab (12.5o), in cui è ospitato l’apparato. È stato quindi necessario costruire dipoli magnetici che hanno consentito di rivelare particelle ad angoli fino a 6°. “In questo modo”, spiega Franco Garibaldi, ricercatore dell’esperimento e co-portavoce della collaborazione responsabile di E-97-110, “siamo stati in grado di sondare il bersaglio a distanze dell’ordine di grandezza delle dimensioni del neutrone.”

A causa della loro complessità, le equazioni della QCD, pur rimanendo valide per la descrizione di fenomeni in cui le distanze tra quark sono ridotte, non possono essere risolte per particelle come protoni e neutroni, in cui le distanze tra i quark possono assumere valori relativamente grandi. In questi casi si ricorre quindi alla teoria non perturbativa, che rappresenta il limite della QCD a grandi distanze. Tuttavia, i dati sperimentali raccolti da E-97-110 divergono dai calcoli basati su quest’ultima e sembrano indicare l’incompletezza delle teorie oggi di riferimento per la descrizione delle proprietà del neutrone e dei nucleoni più in generale. “Il marcato disaccordo”, illustra Garibaldi, “lascia molto perplessi perché le nostre misure sono state eseguite proprio nel dominio i cui la teoria perturbativa dovrebbe descrivere in modo affidabile le proprietà del nucleone. C’è molto ancora da capire sulla struttura dei nucleoni, e questo esperimento ha dimostrato la mancanza di una descrizione realistica quantitativa dell'interazione forte, la forza responsabile del legame tra i quark all’interno dei nucleoni, alla scala spaziale di queste particelle.”

Oltre alla partecipazione diretta dei propri ricercatori alla collaborazione E-97-110, L’INFN ha svolto un ruolo centrale nella costruzione dell’esperimento, attraverso la realizzazione due sofisticati dipoli magnetici con bobine superconduttrici, grazie ai quali è stato possibile posizionare i due spettrometri magnetici della sala A del Jefferson Lab un angolo tale da consentire di studiate il neutrone alla scala spazio-temporale giusta.

L’ESPERIMENTO E-97-110 METTE IN LUCE PROPRIETA' INATTESE DELLA STRUTTURA INTERNA DEI NEUTRONI

4 June, 2021 - 10:21

L’orientamento dell’asse intorno al quale i nucleoni, protoni e neutroni, ruotano su loro stessi, denominato spin, varia in virtù delle caratteristiche del campo magnetico a cui queste particelle sono soggette. Grazie allo studio di tale precessione del momento angolare, definita polarizzabilità, che dipende da una riorganizzazione della struttura interna dei costituenti atomici, è possibile fare luce sul modo in cui quark e gluoni, i mediatori della forza forte, interagiscono tra loro all’interno dei nucleoni. È questo l’obiettivo di E-97-110, esperimento ospitato presso il Jefferson Laboratory di Newport News, In Virginia, che vede un importante contributo dell’INFN, il cui ultimo risultato è stato pubblicato lo scorso 31 maggio sulla rivista Nature. Lo studio, che ha preso in esame le particelle prodotte a seguito dello scontro tra elettroni accelerati a basse energie e i neutroni bersaglio dell’esperimento, ha evidenziato come i valori delle polarizzabilità misurate differiscano da quelli previsti dalla cromodinamica quantistica (QCD) non perturbativa, la teoria di riferimento per la descrizione delle interazioni tra quark e gluoni alla scala dei nucleoni. Un risultato che potrebbe perciò indicare la necessità di rendere più accurati i modelli teorici che mirano a una rappresentazione accurata delle proprietà di protoni e nucleoni, particelle di cui è composto il 99% dell’intera massa dell’universo.

Le grandezze misurate da E-97-110 sono state le polarizzabilità generalizzate dello spin del nucleone, le quali sono in relazione diretta con la rotazione dello spin del neutrone attorno alla direzione determinata da variazioni esterne del campo elettromagnetico. Dalla precessione dello spin dipende inoltre la riorganizzazione della distribuzione dei quark e gluoni nel neutrone, che è rivelata mediante il campo elettromagnetico generato all’interno del neutrone stesso. Per determinare tali parametri, l’esperimento impiega elettroni polarizzati, ovvero con spin orientato lungo una precisa direzione, prodotti dall’acceleratore CEBAF del Jefferson Lab, che vengono fatti scontrare con un bersaglio di neutroni anch’essi polarizzati. Il compito di studiare le particelle prodotte a seguito dell’urto è affidato ai due spettroscopi di grandi dimensioni. Per studiare il sistema (il neutrone) alla scala spazio-temporale corretta, l’angolo di diffusione delle particelle prodotte dalla interazione del fascio di elettroni con il bersaglio di neutroni deve essere più piccolo di quello minimo ottenibile dagli spettrometri della sala A del Jefferson Lab (12.5o), in cui è ospitato l’apparato. È stato quindi necessario costruire dipoli magnetici che hanno consentito di rivelare particelle ad angoli fino a 6°. “In questo modo”, spiega Franco Garibaldi, ricercatore dell’esperimento e co-portavoce della collaborazione responsabile di E-97-110, “siamo stati in grado di sondare il bersaglio a distanze dell’ordine di grandezza delle dimensioni del neutrone.”

A causa della loro complessità, le equazioni della QCD, pur rimanendo valide per la descrizione di fenomeni in cui le distanze tra quark sono ridotte, non possono essere risolte per particelle come protoni e neutroni, in cui le distanze tra i quark possono assumere valori relativamente grandi. In questi casi si ricorre quindi alla teoria non perturbativa, che rappresenta il limite della QCD a grandi distanze. Tuttavia, i dati sperimentali raccolti da E-97-110 divergono dai calcoli basati su quest’ultima e sembrano indicare l’incompletezza delle teorie oggi di riferimento per la descrizione delle proprietà del neutrone e dei nucleoni più in generale. “Il marcato disaccordo”, illustra Garibaldi, “lascia molto perplessi perché le nostre misure sono state eseguite proprio nel dominio i cui la teoria perturbativa dovrebbe descrivere in modo affidabile le proprietà del nucleone. C’è molto ancora da capire sulla struttura dei nucleoni, e questo esperimento ha dimostrato la mancanza di una descrizione realistica quantitativa dell'interazione forte, la forza responsabile del legame tra i quark all’interno dei nucleoni, alla scala spaziale di queste particelle.”

Oltre alla partecipazione diretta dei propri ricercatori alla collaborazione E-97-110, L’INFN ha svolto un ruolo centrale nella costruzione dell’esperimento, attraverso la realizzazione due sofisticati dipoli magnetici con bobine superconduttrici, grazie ai quali è stato possibile posizionare i due spettrometri magnetici della sala A del Jefferson Lab un angolo tale da consentire di studiate il neutrone alla scala spazio-temporale giusta.

GINGERINO MISURA LA VELOCITA’ DI ROTAZIONE E IL CAMPO GRAVITAZIONALE DELLA TERRA

3 June, 2021 - 14:04

È possibile misurare con precisione la velocità di rotazione della terra a partire dall’analisi delle differenze con cui i segnali luminosi con traiettorie opposte si propagano. A sostenerlo, un articolo apparso l’8 maggio sulla rivista Springer EPJC, in cui sono raccolti i risultati relativi all’ultima analisi condotta su dati acquisiti su un lungo periodo da GINGERINO, un interferometro laser, comunemente chiamato laser ad anello (Ring Laser Gyroscope), ospitato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Lo studio ha infatti evidenziato la capacità dell’apparato di fornire, con un’accuratezza oltre le aspettative, valori della velocità angolare della Terra concordi con quelli ottenuti da sofisticati sistemi satellitari e da interferometria astronomica, oggi impiegati per monitorare i parametri legati alla rotazione del nostro pianeta. L’esperimento si inserisce nell’ambito delle attività di GINGER (Gyroscopes IN GEneral Relativity), collaborazione scientifica tra enti di ricerca italiani a guida INFN, che mira a dimostrare l’efficacia dei dispositivi come GINGERINO nel settore dedicato ai test di verifica della Relatività Generale e delle possibili violazioni dell’invarianza di Lorentz, che definisce come le leggi della fisica rimangano le stesse sia per il sistema preso come riferimento per la loro enunciazione che per quelli in moto rettilineo uniforme rispetto a quest’ultimo.

GINGERINO è essenzialmente un laser ad anello, caratterizzato da una cavità ottica risonante, definita da quattro specchi posizionati ai vertici di un quadrato. La cavità è riempita da una miscela di gas elio-neon che viene eccitata da una scarica a radiofrequenza, generando così due fasci laser controrotanti. In assenza di rotazione, i due cammini ottici sono identici e i fotoni impiegano lo stesso tempo a chiudere l’anello, ma ciò non è più vero se la cavità sta ruotando. In questo caso i due fasci laser in direzioni opposte avranno frequenze diverse tra loro, la cui differenza, rilevabile registrando il segnale interferometrico di sovrapposizione, è proporzionale alla velocità di rotazione. Tale fenomeno è noto come effetto Sagnac. Grazie alla struttura simmetrica di GINGERINO, molti dei rumori tipici degli interferometri standard vengono fortemente attenuati, permettendo di misurare con precisione anche fenomeni descritti dalla Relatività Generale.

Nonostante siano potenzialmente in grado di individuare le perturbazioni relativistiche sulla propagazione dei segnali luminosi e di fornire uno strumento alternativo per il monitoraggio delle proprietà geodetiche e dei fenomeni geologici, come i terremoti, su scala globale e locale, l’utilizzo degli interferometri Sagnac è stato fino ad oggi limitato a causa della difficoltà che presenta l’analisi dei dati prodotti. Tale analisi deve tener conto delle complesse dinamiche del laser che genera i due fasci controrotanti all’interno della cavità e del rumore prodotto dall’azione di forze esterne. Da qui, la scelta da parte dei ricercatori della collaborazione GINGER di utilizzare un dimostratore tecnologico, GINGERINO, e di ancorarlo alla roccia nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, al riparo dagli agenti atmosferici, al fine di studiare soluzioni volte alla realizzazione di un futuro interferometro con una maggiore sensibilità e di migliorare la capacità di discriminazione dei dati da esso acquisiti.

“Gli interferometri Sagnac”, spiega Angela Di Virgilio, responsabile del progetto GINGER e di GINGERINO e ricercatrice della sezione INFN di Pisa, “sono strumenti molto particolari, proposti in passato anche per la ricerca di onde gravitazionali. I laser ad anello appartengono a questa famiglia di interferometri e nel 2011 il nostro primo prototipo ha acquisito dati per un anno intero a Virgo. È un fatto ben noto che sono sensibili a effetti dovuti alla gravità. Noi ci siamo posti l’ambizioso obiettivo di misurare questi effetti in un esperimento a terra, come osservando la realtà attraverso una lente di ingrandimento: più è sensibile l’apparato maggiore è l’ingrandimento.”

Il recente risultato ottenuto dalla collaborazione GINGER rientra quindi all’interno del lavoro di indagine sulla reale sensibilità di GINGERINO svolto dai ricercatori, i quali hanno confrontato i dati ottenuti dall’esperimento nel corso di 103 giorni di operatività con quelli acquisiti dai consolidati e accurati sistemi di triangolazione dei segnali radio provenienti da satelliti o da sorgenti astronomiche impiegati per determinare la velocità di rotazione del nostro pianeta e del tempo universale (Coordinated Universal Time, UTC), il tempo standard sulla base del quale vengono regolati i nostri orologi, e di altri parametri geodetici, quali lo spostamento dei poli e la variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre. Un confronto che ha messo in luce una sostanziale corrispondenza tra le misure e una sensibilità inaspettata da parte di GINGERINO, pari a frazioni di femtoradianti (10 alla meno 15 radianti) per secondo, grandezze corrispondenti alla scala subatomica.

Se confermato, il risultato garantirebbe l’effettiva capacità degli interferometri Sagnac di distinguere tra diverse teorie della gravitazione, ed evidenziare, in ultima analisi, effetti capaci di conciliare l’interazione gravitazionale con la meccanica quantistica. “In un recente studio teorico,” illustra Salvatore Capozziello, membro della collaborazione GINGER e ricercatore della sezione INFN di Napoli, “pubblicato sulla rivista Springer EPJP, abbiamo dimostrato come i dati già rilevati da GINGERINO potrebbero essere compatibili con le cosiddette Extended Gravity e la teoria di Horava-Lifshitz e che potrebbero quindi offrire la possibilità di fissare con precisione i parametri di queste ultime.”

Le nuove generazioni di apparati come GINGERINO potrebbero infine fornire un valido strumento alternativo nello studio dei fenomeni che influiscono sulla rotazione del nostro pianeta, sulle variazioni dell’inclinazione dell’asse terrestre, e sulle caratteristiche geologiche delle aree in cui saranno installati gli interferometri. È importante ricordare”, sottolinea Salvatore Stramondo, Direttore dell’Oservatorio nazionale Terremoti dell’INGV, “che GINGERINO è collocato in una delle zone a più alta pericolosità sismica d’Europa. GINGERINO e il sismometro INGV installato nelle vicinanze formano una stazione sismica "speciale" a 4 componenti. In un nostro recente lavoro in collaborazione con i colleghi dell’INFN viene mostrato come questa stazione, da sola, sia in grado di localizzare terremoti e di acquisire informazioni sulla microsismicità che da una rete sismica convenzionale non si riescono ad ottenere, elemento quest'ultimo molto rilevante per il monitoraggio sismico e per la sismologia rotazionale, una nuova branca della sismologia, in cui i segnali di interesse sono molto piccoli e solo di recente abbiamo strumenti adeguati a rilevarli.”

Nata da un’idea di Angela di Virgilio e Nicolò Beverini, docente dell’Università di Pisa, la collaborazione GINGER è guidata dall’INFN con il contributo dell’INGV. L’INFN, attraverso i Laboratori di Legnaro e del Gran Sasso, le sezioni di Pisa, Napoli e Torino si è occupato della progettazione e della realizzazione di GINGERINO ed è responsabile delle attività di acquisizione e analisi dati.

GINGERINO MISURA LA VELOCITA’ DI ROTAZIONE E IL CAMPO GRAVITAZIONALE DELLA TERRA

3 June, 2021 - 14:04

È possibile misurare con precisione la velocità di rotazione della terra a partire dall’analisi delle differenze con cui i segnali luminosi con traiettorie opposte si propagano. A sostenerlo, un articolo apparso l’8 maggio sulla rivista Springer EPJC, in cui sono raccolti i risultati relativi all’ultima analisi condotta su dati acquisiti su un lungo periodo da GINGERINO, un interferometro laser, comunemente chiamato laser ad anello (Ring Laser Gyroscope), ospitato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Lo studio ha infatti evidenziato la capacità dell’apparato di fornire, con un’accuratezza oltre le aspettative, valori della velocità angolare della Terra concordi con quelli ottenuti da sofisticati sistemi satellitari e da interferometria astronomica, oggi impiegati per monitorare i parametri legati alla rotazione del nostro pianeta. L’esperimento si inserisce nell’ambito delle attività di GINGER (Gyroscopes IN GEneral Relativity), collaborazione scientifica tra enti di ricerca italiani a guida INFN, che mira a dimostrare l’efficacia dei dispositivi come GINGERINO nel settore dedicato ai test di verifica della Relatività Generale e delle possibili violazioni dell’invarianza di Lorentz, che definisce come le leggi della fisica rimangano le stesse sia per il sistema preso come riferimento per la loro enunciazione che per quelli in moto rettilineo uniforme rispetto a quest’ultimo.

GINGERINO è essenzialmente un laser ad anello, caratterizzato da una cavità ottica risonante, definita da quattro specchi posizionati ai vertici di un quadrato. La cavità è riempita da una miscela di gas elio-neon che viene eccitata da una scarica a radiofrequenza, generando così due fasci laser controrotanti. In assenza di rotazione, i due cammini ottici sono identici e i fotoni impiegano lo stesso tempo a chiudere l’anello, ma ciò non è più vero se la cavità sta ruotando. In questo caso i due fasci laser in direzioni opposte avranno frequenze diverse tra loro, la cui differenza, rilevabile registrando il segnale interferometrico di sovrapposizione, è proporzionale alla velocità di rotazione. Tale fenomeno è noto come effetto Sagnac. Grazie alla struttura simmetrica di GINGERINO, molti dei rumori tipici degli interferometri standard vengono fortemente attenuati, permettendo di misurare con precisione anche fenomeni descritti dalla Relatività Generale.

Nonostante siano potenzialmente in grado di individuare le perturbazioni relativistiche sulla propagazione dei segnali luminosi e di fornire uno strumento alternativo per il monitoraggio delle proprietà geodetiche e dei fenomeni geologici, come i terremoti, su scala globale e locale, l’utilizzo degli interferometri Sagnac è stato fino ad oggi limitato a causa della difficoltà che presenta l’analisi dei dati prodotti. Tale analisi deve tener conto delle complesse dinamiche del laser che genera i due fasci controrotanti all’interno della cavità e del rumore prodotto dall’azione di forze esterne. Da qui, la scelta da parte dei ricercatori della collaborazione GINGER di utilizzare un dimostratore tecnologico, GINGERINO, e di ancorarlo alla roccia nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, al riparo dagli agenti atmosferici, al fine di studiare soluzioni volte alla realizzazione di un futuro interferometro con una maggiore sensibilità e di migliorare la capacità di discriminazione dei dati da esso acquisiti.

“Gli interferometri Sagnac”, spiega Angela Di Virgilio, responsabile del progetto GINGER e di GINGERINO e ricercatrice della sezione INFN di Pisa, “sono strumenti molto particolari, proposti in passato anche per la ricerca di onde gravitazionali. I laser ad anello appartengono a questa famiglia di interferometri e nel 2011 il nostro primo prototipo ha acquisito dati per un anno intero a Virgo. È un fatto ben noto che sono sensibili a effetti dovuti alla gravità. Noi ci siamo posti l’ambizioso obiettivo di misurare questi effetti in un esperimento a terra, come osservando la realtà attraverso una lente di ingrandimento: più è sensibile l’apparato maggiore è l’ingrandimento.”

Il recente risultato ottenuto dalla collaborazione GINGER rientra quindi all’interno del lavoro di indagine sulla reale sensibilità di GINGERINO svolto dai ricercatori, i quali hanno confrontato i dati ottenuti dall’esperimento nel corso di 103 giorni di operatività con quelli acquisiti dai consolidati e accurati sistemi di triangolazione dei segnali radio provenienti da satelliti o da sorgenti astronomiche impiegati per determinare la velocità di rotazione del nostro pianeta e del tempo universale (Coordinated Universal Time, UTC), il tempo standard sulla base del quale vengono regolati i nostri orologi, e di altri parametri geodetici, quali lo spostamento dei poli e la variazione dell’inclinazione dell’asse terrestre. Un confronto che ha messo in luce una sostanziale corrispondenza tra le misure e una sensibilità inaspettata da parte di GINGERINO, pari a frazioni di femtoradianti (10 alla meno 15 radianti) per secondo, grandezze corrispondenti alla scala subatomica.

Se confermato, il risultato garantirebbe l’effettiva capacità degli interferometri Sagnac di distinguere tra diverse teorie della gravitazione, ed evidenziare, in ultima analisi, effetti capaci di conciliare l’interazione gravitazionale con la meccanica quantistica. “In un recente studio teorico,” illustra Salvatore Capozziello, membro della collaborazione GINGER e ricercatore della sezione INFN di Napoli, “pubblicato sulla rivista Springer EPJP, abbiamo dimostrato come i dati già rilevati da GINGERINO potrebbero essere compatibili con le cosiddette Extended Gravity e la teoria di Horava-Lifshitz e che potrebbero quindi offrire la possibilità di fissare con precisione i parametri di queste ultime.”

Le nuove generazioni di apparati come GINGERINO potrebbero infine fornire un valido strumento alternativo nello studio dei fenomeni che influiscono sulla rotazione del nostro pianeta, sulle variazioni dell’inclinazione dell’asse terrestre, e sulle caratteristiche geologiche delle aree in cui saranno installati gli interferometri. È importante ricordare”, sottolinea Salvatore Stramondo, Direttore dell’Oservatorio nazionale Terremoti dell’INGV, “che GINGERINO è collocato in una delle zone a più alta pericolosità sismica d’Europa. GINGERINO e il sismometro INGV installato nelle vicinanze formano una stazione sismica "speciale" a 4 componenti. In un nostro recente lavoro in collaborazione con i colleghi dell’INFN viene mostrato come questa stazione, da sola, sia in grado di localizzare terremoti e di acquisire informazioni sulla microsismicità che da una rete sismica convenzionale non si riescono ad ottenere, elemento quest'ultimo molto rilevante per il monitoraggio sismico e per la sismologia rotazionale, una nuova branca della sismologia, in cui i segnali di interesse sono molto piccoli e solo di recente abbiamo strumenti adeguati a rilevarli.”

Nata da un’idea di Angela di Virgilio e Nicolò Beverini, docente dell’Università di Pisa, la collaborazione GINGER è guidata dall’INFN con il contributo dell’INGV. L’INFN, attraverso i Laboratori di Legnaro e del Gran Sasso, le sezioni di Pisa, Napoli e Torino si è occupato della progettazione e della realizzazione di GINGERINO ed è responsabile delle attività di acquisizione e analisi dati.

LA FISICA DELL’ENERGIA RACCONTATA AI BAMBINI DAI BAMBINI CON “LA FISICA TRA LE ONDE”

3 June, 2021 - 08:00

Che cos’è l’energia? Da dove arriva? come si misura? come si trasforma e come si consuma? 10 brevi video lo racconteranno ai più piccoli dal 3 giugno al 5 agosto, ogni giovedì alle 8.00. 

La fisica tra le onde è una nuova serie di video di fisica per bambini (6-13 anni) realizzati dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in collaborazione con Shibumi. Una famiglia per mare. A partire da oggi con una prima puntata per raccontare che cos’è l’energia, i video vengono pubblicati sui canali YouTube Facebook dell’INFN.

A raccontare la fisica sono Timo (4 anni), Nina (9 anni) e Iago (12 anni) che da quasi un anno sono in viaggio con i loro genitori su una barca a vela autosufficiente dal punto di vista energetico, Shibumi. 
La vita in barca, dove l’energia elettrica devono produrla autonomamente grazie a pannelli fotovoltaici e a un generatore eolico, è lo spunto per un dialogo tra i tre fratelli per scoprire e raccontare che cos’è l’energia e la fisica che si nasconde negli strumenti che usiamo per trasformarla. 
Un racconto sulla fisica dell’energia e un parallelo tra la vita di bordo e la vita di terra, raccontato da bambini a bambini con qualche intervento del papà, Stefano Barberis, fisico della sezione INFN di Milano, e i disegni della mamma, Sara Rossini.

Qui per il programma completo.

LA FISICA DELL’ENERGIA RACCONTATA AI BAMBINI DAI BAMBINI CON “LA FISICA TRA LE ONDE”

3 June, 2021 - 08:00

Che cos’è l’energia? Da dove arriva? come si misura? come si trasforma e come si consuma? 10 brevi video lo racconteranno ai più piccoli dal 3 giugno al 5 agosto, ogni giovedì alle 8.00. 

La fisica tra le onde è una nuova serie di video di fisica per bambini (6-13 anni) realizzati dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in collaborazione con Shibumi. Una famiglia per mare. A partire da oggi con una prima puntata per raccontare che cos’è l’energia, i video vengono pubblicati sui canali YouTube Facebook dell’INFN.

A raccontare la fisica sono Timo (4 anni), Nina (9 anni) e Iago (12 anni) che da quasi un anno sono in viaggio con i loro genitori su una barca a vela autosufficiente dal punto di vista energetico, Shibumi. 
La vita in barca, dove l’energia elettrica devono produrla autonomamente grazie a pannelli fotovoltaici e a un generatore eolico, è lo spunto per un dialogo tra i tre fratelli per scoprire e raccontare che cos’è l’energia e la fisica che si nasconde negli strumenti che usiamo per trasformarla. 
Un racconto sulla fisica dell’energia e un parallelo tra la vita di bordo e la vita di terra, raccontato da bambini a bambini con qualche intervento del papà, Stefano Barberis, fisico della sezione INFN di Milano, e i disegni della mamma, Sara Rossini.

Qui per il programma completo.

ANTONIO ZOCCOLI È IL NUOVO PRESIDENTE DELLA CONPER

1 June, 2021 - 09:15

Oggi, 1° giugno, il Presidente dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Antonio Zoccoli, entra in carica come Presidente della CONPER, la Consulta dei Presidenti degli Enti pubblici di Ricerca, che ha il compito di supportare il Governo nel promuovere, sostenere e rilanciare le attività nel settore della ricerca e di formulare proposte per la redazione, l’attuazione e l’aggiornamento del Programma Nazionale della Ricerca. Zoccoli è stato eletto all’unanimità dai Presidenti nel corso dell’ultima riunione della CONPER, lo scorso 4 maggio. A passargli il testimone, alla scadenza del mandato, il Presidente dell’ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale, Stefano Laporta, che guidava la CONPER dal 2019.

“Ringrazio i colleghi Presidenti per la fiducia accordatami con la nomina alla guida della CONPER - commenta il Presidente dell’INFN Antonio Zoccoli - e ringrazio il Presidente uscente Stefano Laporta per il grande lavoro svolto e il supporto che ci ha dato in un momento estremamente difficile e complesso come quello che abbiamo vissuto nell’ultimo anno”. “Assumo questo incarico con profondo senso di responsabilità, ancor più ora che abbiamo davanti a noi una sfida importantissima, di cui il nostro Paese ci deve vedere protagonisti”. “La crisi sanitaria che ha colpito il mondo ha mostrato chiaramente il ruolo centrale che la ricerca scientifica ha e deve avere per la nostra società: il Piano di Ripartenza e Resilienza è un’opportunità unica per il rilancio del nostro Paese e della ricerca, che deve fare la sua parte, con impegno e serietà, creando sinergie per mettere a frutto nel modo migliore le risorse che saranno investite”.

 

Antonio Zoccoli è presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) dal luglio 2019. Professore di fisica all'Università degli Studi di Bologna, già membro della giunta esecutiva dell’INFN e direttore della Sezione INFN di Bologna, svolge attività di ricerca sperimentale nel campo della fisica fondamentale, nucleare e subnucleare, ed è stato membro di diverse collaborazioni internazionali, al Rutherford Lab nel Regno Unito, al CERN di Ginevra e al laboratorio DESY di Amburgo. Dal 2005 è membro della collaborazione ATLAS al CERN che, insieme alla collaborazione CMS, ha annunciato la prima osservazione del bosone di Higgs, nel luglio 2012. Dal 2008 presiede la Fondazione Giuseppe Occhialini per la diffusione della cultura della fisica. 

 

 

ANTONIO ZOCCOLI È IL NUOVO PRESIDENTE DELLA CONPER

1 June, 2021 - 09:15

Oggi, 1° giugno, il Presidente dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Antonio Zoccoli, entra in carica come Presidente della CONPER, la Consulta dei Presidenti degli Enti pubblici di Ricerca, che ha il compito di supportare il Governo nel promuovere, sostenere e rilanciare le attività nel settore della ricerca e di formulare proposte per la redazione, l’attuazione e l’aggiornamento del Programma Nazionale della Ricerca. Zoccoli è stato eletto all’unanimità dai Presidenti nel corso dell’ultima riunione della CONPER, lo scorso 4 maggio. A passargli il testimone, alla scadenza del mandato, il Presidente dell’ISPRA Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale, Stefano Laporta, che guidava la CONPER dal 2019.

“Ringrazio i colleghi Presidenti per la fiducia accordatami con la nomina alla guida della CONPER - commenta il Presidente dell’INFN Antonio Zoccoli - e ringrazio il Presidente uscente Stefano Laporta per il grande lavoro svolto e il supporto che ci ha dato in un momento estremamente difficile e complesso come quello che abbiamo vissuto nell’ultimo anno”. “Assumo questo incarico con profondo senso di responsabilità, ancor più ora che abbiamo davanti a noi una sfida importantissima, di cui il nostro Paese ci deve vedere protagonisti”. “La crisi sanitaria che ha colpito il mondo ha mostrato chiaramente il ruolo centrale che la ricerca scientifica ha e deve avere per la nostra società: il Piano di Ripartenza e Resilienza è un’opportunità unica per il rilancio del nostro Paese e della ricerca, che deve fare la sua parte, con impegno e serietà, creando sinergie per mettere a frutto nel modo migliore le risorse che saranno investite”.

 

Antonio Zoccoli è presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) dal luglio 2019. Professore di fisica all'Università degli Studi di Bologna, già membro della giunta esecutiva dell’INFN e direttore della Sezione INFN di Bologna, svolge attività di ricerca sperimentale nel campo della fisica fondamentale, nucleare e subnucleare, ed è stato membro di diverse collaborazioni internazionali, al Rutherford Lab nel Regno Unito, al CERN di Ginevra e al laboratorio DESY di Amburgo. Dal 2005 è membro della collaborazione ATLAS al CERN che, insieme alla collaborazione CMS, ha annunciato la prima osservazione del bosone di Higgs, nel luglio 2012. Dal 2008 presiede la Fondazione Giuseppe Occhialini per la diffusione della cultura della fisica. 

 

 

Amedeo Balbi si aggiudica il Premio Asimov con L’ultimo orizzonte. Cosa sappiamo dell’universo

29 May, 2021 - 07:27

Aggiornamento di sabato 29 maggio 2021:

L’ultimo orizzonte. Cosa sappiamo dell’universo di Amedeo Balbi è il libro più apprezzato dalle migliaia di studenti che hanno costituito la giuria della sesta edizione del Premio ASIMOV.

“Il saggio si è rivelato una preziosa esperienza di confronto con la realtà scientifica, un’ottima guida per riuscire a cogliere i nessi tra le formule in copertina e il bizzarro mondo che descrivono. Ne potrebbe risultare la prospettiva di un cosmo caotico e a tratti crudele, eppure, riprendendo le parole di Balbi, ‘Credo si possa vivere apprezzando il semplice fatto di essere un minuscolo frammento di universo che illumina l’universo stesso, e lo rende reale. In un certo senso, lo crea.’” Sono le parole della recensione di Leonardo Rapposelli, del Liceo Classico Gian Battista Vico di Chieti, che insieme ad altri studenti e studentesse, è intervenuto durante la cerimonia in cui oggi è stato proclamato il libro vincitore.

Con questo evento si è conclusa la sesta edizione del Premio ASIMOV, il premio di divulgazione scientifica, promosso dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), i cui giurati sono migliaia di studenti e studentesse (quest’anno quasi 10 000). A loro la scelta del migliore tra i 5 libri di divulgazione scientifica selezionati dalla Commissione Scientifica tra quelli pubblicati negli ultimi due anni. Ma i premi non vanno solo al vincitore, anche gli studenti e le studentesse autori e autrici delle migliori recensioni sono stati premiati e coinvolti nelle cerimonie regionali che si sono svolte nelle scorse settimane in tutta Italia.

Comunicato stampa di venerdì 28 maggio 2021:

Siamo quasi alla fine della sesta edizione del Premio ASIMOV, il premio di divulgazione scientifica, promosso dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN): domani pomeriggio sarà annunciato il libro vincitore durante la cerimonia conclusiva online che ospiterà l’autore e scuole da tutta Italia per una discussione tra scienza e letteratura.

A contendersi il premio sono Amedeo Balbi con L’ultimo orizzonte. Cosa sappiamo dell’universo, Barbara Mazzolai con La natura geniale. Come e perché le piante cambieranno (salveranno) il mondo, Gianfranco Pacchioni con L’ultimo sapiens. Viaggio al centro della nostra specie, Telmo Pievani con Imperfezione. Una storia naturale e David Quammen con L’albero intricato.

Oltre al libro che si aggiudicherà il premio, i veri protagonisti saranno quasi 10 000 studenti e studentesse che, leggendo i libri e scrivendo le loro recensioni, costituiscono la giuria del Premio ASIMOV. Alcuni di loro interverranno alla cerimonia di domani per presentare al pubblico i libri finalisti e conoscere il vincitore o la vincitrice.

Quest’edizione ha visto quasi il triplo degli studenti dell’anno scorso e una sempre più solida collaborazione tra la scuola e il mondo della ricerca e della cultura. “Un aspetto esaltante del premio ASIMOV è che ci permette di ascoltare i nostri giovani e di restare a contatto con la scuola. E, a giudicare dalla partecipazione, forse l'esperienza è piacevole anche per l’altra parte” commenta Francesco Vissani, ideatore e coordinatore nazionale del Premio, ricercatore INFN e professore al Gran Sasso Science Institute (GSSI).

Il Premio ASIMOV

L’obiettivo è diffondere la cultura scientifica tra i giovani, favorendo le interazioni tra scuola, università e mondo della ricerca e incoraggiando scambi e occasioni di mutuo arricchimento con le discipline umanistiche.
Per questo l’autore o l’autrice del libro di divulgazione scientifica vincitore del Premio ASIMOV viene eletto dalle migliaia di studenti e studentesse che partecipano al progetto. A loro il compito di leggere e recensire i libri che vengono precedentemente selezionati dalla Commissione Scientifica del Premio.
Per capire quale sia il libro più apprezzato dagli studenti, le recensioni sono lette e valutate dalle Commissioni Scientifiche Regionali, che quest’anno hanno visto la collaborazione di quasi 700 insegnanti, ricercatori e ricercatrici dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), delle Università e del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), ma anche giornalisti, scrittori ed esponenti del mondo della cultura scientifica e letteraria.

Il Premio ASIMOV nasce nel 2015 con una prima edizione abruzzese presso il Gran Sasso Science Institute (GSSI) di L’Aquila. Da allora, di anno in anno ha coinvolto un sempre maggior numero di studenti, studentesse, docenti, ricercatori e ricercatrici ed esponenti del mondo della cultura. Oggi partecipano quasi 200 scuole per un totale di 10 000 studenti e studentesse di Abruzzo, Basilicata, Campania, Calabria, Emilia Romagna, Lazio, Liguria, Lombardia, Marche, Piemonte, Puglia, Sardegna, Sicilia, Toscana e Umbria.

Dal 2018 il Premio ASIMOV è diventato un progetto del Comitato di Coordinamento della Terza Missione dell’INFN, assumendo un carattere nazionale.  Dal 2020 l’iniziativa è arrivata oltreoceano con una prima edizione del Premio ASIMOV Brasil, organizzata dall’Instituto de Estudos Avançados (IdEA) e dall’Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

La lista di enti organizzatori e patrocinatori vede l'Accademia dei Lincei, l'Associazione Nazionale Librai (ALI), la Società Italiana di Fisica (SIF), il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), il Centro Siciliano di Fisica Nucleare e Struttura della Materia, il Gran Sasso Science Institute (GSSI), la Società Italiana di Relatività Generale e Fisica della Gravitazione (SIGRAV), il CICAP, l'Associazione Italiana Formatori (AIF), l'Osservatorio Astronomico di Catania (INAF-OACT), il Politecnico di Milano e di Bari, le Università di Bari, Basilicata, Bologna, Calabria, Camerino, Catania, Insubria, L'Aquila, Milano Bicocca, Milano Statale, Napoli, Pavia, Pisa, Salento e Siena e le Sezioni INFN di Bari, Bologna, Cagliari, Catania, Genova, Lecce, Milano, Napoli, Pavia, Perugia, Pisa, Roma Tor Vergata, Torino e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso – INFN e i Laboratori Nazionali del Sud - INFN.

La cerimonia conclusiva sarà trasmessa in diretta sul canale YouTube del Premio Asimov
sabato 29 maggio alle ore 16.00: https://www.youtube.com/c/PremioAsimov/videos

I.FAST apre la strada agli acceleratori di nuova generazione

28 May, 2021 - 13:17

Una delle priorità della strategia europea della fisica delle particelle è pianificare le attività future nella fisica delle alte energie, campo in cui gioca un ruolo cruciale individuare e sviluppare nuove tecnologie che consentano di superare le luminosità oggi raggiungibili con gli acceleratori di particelle. Uno sforzo a cui l’INFN partecipa con un ruolo da protagonista, come nel progetto I.FAST, il programma europeo dedicato a rafforzare l’integrazione tra i laboratori europei impegnati nella ricerca e sviluppo di tecnologie per gli acceleratori di particelle, inaugurato lo scorso 4 maggio nel corso di un evento online. Coordinato dal CERN, I.FAST sarà finanziato dalla commissione europea con 10 milioni di euro per i prossimi quattro anni e vedrà un decisivo contributo dell’INFN.  

I.FAST proseguirà sulla strada tracciata da ARIES, l’attuale programma europeo di riferimento per il finanziamento della attività incentrate sulla fisica degli acceleratori, promuovendo e supportando differenti linee di ricerca. Per L’Italia. l’INFN coordinerà lo sviluppo di tecnologie per magneti superconduttori destinati all’adroterapia e gli studi sulle cavità a radiofrequenza e sulle nuove tecniche di accelerazione. In particolare, l’INFN guiderà i progetti dedicati a comprendere le potenzialità del sistema di accelerazione delle particelle basato sui plasma e al trasferimento tecnologico di materiali e metodologie di fabbricazione innovative, quali l’additive manifacturing, per la realizzazione delle linee di fascio. Il programma I.FAST finanzierà inoltre l’accesso transnazionale a diverse infrastrutture per i test e distribuirà risorse alle collaborazioni e alle reti di ricercatori impegnate negli studi su paradigmi alternativi di creazione e accelerazione di particelle ad altissime energie, come quelli volti a verificare la realizzabilità di un collisore di muoni (Muon Collider), coordinati anch’essi dall’INFN.

“Il determinante ruolo che sarà svolto nel programma”, dichiara Lucio Rossi, responsabile I.FAST per l’INFN, “certifica l’eccellenza raggiunta dall’INFN nell’ambito della fisica degli acceleratori e delle tecnologie associate come pure la credibilità e il prestigio dei nostri ricercatori e tecnologi del settore. Un successo costruito anche grazie alle strategie adottate negli ultimi anni dall’INFN, che hanno portato alla formazione di una rete denominata Comitato per la Scienza e Tecnologia degli Acceleratori, nata con l’intento di condividere le competenze e gli strumenti tra le varie unità e gruppi di ricerca”. Sono queste le ragioni che hanno consentito all’Italia di diventare il Paese con il maggior peso in I.FAST in termini di responsabilità, “un contributo che si tradurrà con un finanziamento totale di oltre 1 milione di euro, distribuito tra le sezioni e i laboratori INFN coinvolti nel programma”, conclude Rossi. Le strutture INFN che prenderanno parte a I.FAST sono i Laboratori Nazionali di Frascati e Legnaro, il Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata di Milano e le sezioni di Genova, Padova, Roma 1 e Torino, le quali saranno supportate dal servizio calcolo e reti della sezione di Ferrara. 

I.FAST apre la strada agli acceleratori di nuova generazione

28 May, 2021 - 13:17

Una delle priorità della strategia europea della fisica delle particelle è pianificare le attività future nella fisica delle alte energie, campo in cui gioca un ruolo cruciale individuare e sviluppare nuove tecnologie che consentano di superare le luminosità oggi raggiungibili con gli acceleratori di particelle. Uno sforzo a cui l’INFN partecipa con un ruolo da protagonista, come nel progetto I.FAST, il programma europeo dedicato a rafforzare l’integrazione tra i laboratori europei impegnati nella ricerca e sviluppo di tecnologie per gli acceleratori di particelle, inaugurato lo scorso 4 maggio nel corso di un evento online. Coordinato dal CERN, I.FAST sarà finanziato dalla commissione europea con 10 milioni di euro per i prossimi quattro anni e vedrà un decisivo contributo dell’INFN.  

I.FAST proseguirà sulla strada tracciata da ARIES, l’attuale programma europeo di riferimento per il finanziamento della attività incentrate sulla fisica degli acceleratori, promuovendo e supportando differenti linee di ricerca. Per L’Italia. l’INFN coordinerà lo sviluppo di tecnologie per magneti superconduttori destinati all’adroterapia e gli studi sulle cavità a radiofrequenza e sulle nuove tecniche di accelerazione. In particolare, l’INFN guiderà i progetti dedicati a comprendere le potenzialità del sistema di accelerazione delle particelle basato sui plasma e al trasferimento tecnologico di materiali e metodologie di fabbricazione innovative, quali l’additive manifacturing, per la realizzazione delle linee di fascio. Il programma I.FAST finanzierà inoltre l’accesso transnazionale a diverse infrastrutture per i test e distribuirà risorse alle collaborazioni e alle reti di ricercatori impegnate negli studi su paradigmi alternativi di creazione e accelerazione di particelle ad altissime energie, come quelli volti a verificare la realizzabilità di un collisore di muoni (Muon Collider), coordinati anch’essi dall’INFN.

“Il determinante ruolo che sarà svolto nel programma”, dichiara Lucio Rossi, responsabile I.FAST per l’INFN, “certifica l’eccellenza raggiunta dall’INFN nell’ambito della fisica degli acceleratori e delle tecnologie associate come pure la credibilità e il prestigio dei nostri ricercatori e tecnologi del settore. Un successo costruito anche grazie alle strategie adottate negli ultimi anni dall’INFN, che hanno portato alla formazione di una rete denominata Comitato per la Scienza e Tecnologia degli Acceleratori, nata con l’intento di condividere le competenze e gli strumenti tra le varie unità e gruppi di ricerca”. Sono queste le ragioni che hanno consentito all’Italia di diventare il Paese con il maggior peso in I.FAST in termini di responsabilità, “un contributo che si tradurrà con un finanziamento totale di oltre 1 milione di euro, distribuito tra le sezioni e i laboratori INFN coinvolti nel programma”, conclude Rossi. Le strutture INFN che prenderanno parte a I.FAST sono i Laboratori Nazionali di Frascati e Legnaro, il Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata di Milano e le sezioni di Genova, Padova, Roma 1 e Torino, le quali saranno supportate dal servizio calcolo e reti della sezione di Ferrara. 

In piscina per testare l’elettronica di JUNO

28 May, 2021 - 08:12

Dal 23 al 25 maggio le ricercatrici e i ricercatori della Sezione INFN di Padova e dell’Università di Padova sono stati protagonisti di una serie di attività per verificare il corretto funzionamento dell’elettronica di acquisizione dati del rivelatore JUNO (Jiangmeng Underground Neutrino Observatory), esperimento di fisica del neutrino di prossima generazione in fase di costruzione nel sud della Cina, nella regione del Guangdong. A rendere del tutto singolari i test, il sito in cui hanno avuto luogo, l’impianto Y-40 di Montegrotto Terme (PD), la piscina di acqua termale più profonda del mondo, che ha fornito ai ricercatori condizioni ideali. La piscina rappresenta infatti un contesto simile a quello in cui opererà l’elettronica di JUNO, che sarà posizionata all’interno di un enorme serbatoio contenente scintillatore liquido, un mezzo in grado di rivelare il passaggio di neutrini, le più sfuggenti particelle conosciute in natura, attraverso l’emissione di fotoni. Il collaudo, che ha avuto esito positivo, è stato condotto nell’ambito del progetto dedicato allo sviluppo e alla realizzazione della componente elettronica di JUNO, di cui l’INFN è capofila insieme alla Chinese Academy of Science.

“Aver potuto disporre di una piscina come Y-40 è stata davvero un’opportunità unica, poiché ci ha permesso di simulare efficacemente il contesto in cui l’elettronica si troverà all’interno del rivelatore di JUNO; visto il successo dei test subacquei potremo ora pensare alla produzione di massa della parte elettronica per tutti i fotomoltiplicatori del rivelatore”, spiega Alberto Garfagnini, responsabile del progetto, docente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova e ricercatore associato all’INFN.

“Siamo felici di aver ospitato i test finali del prototipo dell’elettronica che servirà per l’osservazione dei neutrini. L’opportunità di collaborare con il prof. Alberto Garfagnini e il suo il team di ricerca dell’Università di Padova e dell’INFN, è stata per noi un’importante occasione per far sì che Y-40 The Deep Joy, diventi sempre più un punto di riferimento a livello italiano e internazionale per la ricerca scientifica” commenta Emanuele Boaretto fondatore e architetto di Y-40 The Deep Joy.

Una volta completato, JUNO, che diventerà il più grande rivelatore del suo genere al mondo, sfrutterà i neutrini prodotti in due centrali nucleari per misurare con una precisione senza precedenti la loro energia nel tentativo di rispondere a una delle grandi domande ancora aperte nella fisica delle particelle elementari, ovvero la differenza tra le masse delle tre tipologie (sapori) di neutrini esistenti in natura (gerarchia di massa). Per fare ciò l’esperimento si avvarrà di 20.000 tonnellate di scintillatore liquido molto puro e a bassa contaminazione ambientale e di più di 40.000 fotomoltiplicatori, che consentiranno di rivelare la luce prodotta dai neutrini quando interagiscono con lo scintillatore.  

A differenza degli esperimenti che lo hanno preceduto, in JUNO la componente elettronica sarà installata a pochi metri dai fotomoltiplicatori e sarà immersa direttamente all’interno del serbatoio dell’apparato, al fine di diminuire i rumori elettronici nei segnali registrati e di aumentare la sensibilità del rivelatore. “A causa di questi vincoli costruttivi”, illustra Garfagnini, “l’elettronica di JUNO deve possedere caratteristiche molto stringenti di affidabilità e durata, in quanto non potrà essere riparata, né sostituita, dopo la sua installazione e per l'intera durata della presa dati dell’esperimento, che sarà di sei anni.” Scopo delle attività condotte nella piscina Y-40, a una profondità di 40 metri, è stato perciò quello di verificare le prestazioni dell’elettronica di JUNO prima della sua produzione e installazione nell’esperimento.

Oltre al fondamentale impegno nello sviluppo e nella realizzazione dell’elettronica dei fotomoltiplicatori, l’INFN è uno dei membri internazionali della collaborazione JUNO, a cui partecipa attraverso le sezioni di Padova, Ferrara, Catania, Milano, Milano Bicocca, Perugia, Roma 3 e i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF). Un ruolo di primo piano che certifica le riconosciute competenze tecnologiche dell’INFN nel campo della ricerca sotterranea dei neutrini per mezzo di rivelatori a scintillatore liquido. Competenze maturate soprattutto nell’ambito dell’esperienza di successo rappresentata da Borexino, esperimento ospitato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, che ha consentito di sviluppare una innovativa tecnica per la riduzione della radioattività naturale dello scintillatore di cui si avvarrà anche JUNO. Il progetto dell’elettronica è stato annoverato dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale (MAECI) tra i progetti di Grande Rilevanza Italia-Cina nel 2018 e finanziato congiuntamente alla National Natural Science Foundation of China (NSFC) per il triennio successivo. Il progetto è nato e si è sviluppato all’interno dalla collaborazione tra la Sezione di Padova dell’INFN e l’Institute of High Energy Physics (IHEP) di Pechino.

In piscina per testare l’elettronica di JUNO

28 May, 2021 - 08:12

Dal 23 al 25 maggio le ricercatrici e i ricercatori della Sezione INFN di Padova e dell’Università di Padova sono stati protagonisti di una serie di attività per verificare il corretto funzionamento dell’elettronica di acquisizione dati del rivelatore JUNO (Jiangmeng Underground Neutrino Observatory), esperimento di fisica del neutrino di prossima generazione in fase di costruzione nel sud della Cina, nella regione del Guangdong. A rendere del tutto singolari i test, il sito in cui hanno avuto luogo, l’impianto Y-40 di Montegrotto Terme (PD), la piscina di acqua termale più profonda del mondo, che ha fornito ai ricercatori condizioni ideali. La piscina rappresenta infatti un contesto simile a quello in cui opererà l’elettronica di JUNO, che sarà posizionata all’interno di un enorme serbatoio contenente scintillatore liquido, un mezzo in grado di rivelare il passaggio di neutrini, le più sfuggenti particelle conosciute in natura, attraverso l’emissione di fotoni. Il collaudo, che ha avuto esito positivo, è stato condotto nell’ambito del progetto dedicato allo sviluppo e alla realizzazione della componente elettronica di JUNO, di cui l’INFN è capofila insieme alla Chinese Academy of Science.

“Aver potuto disporre di una piscina come Y-40 è stata davvero un’opportunità unica, poiché ci ha permesso di simulare efficacemente il contesto in cui l’elettronica si troverà all’interno del rivelatore di JUNO; visto il successo dei test subacquei potremo ora pensare alla produzione di massa della parte elettronica per tutti i fotomoltiplicatori del rivelatore”, spiega Alberto Garfagnini, responsabile del progetto, docente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova e ricercatore associato all’INFN.

“Siamo felici di aver ospitato i test finali del prototipo dell’elettronica che servirà per l’osservazione dei neutrini. L’opportunità di collaborare con il prof. Alberto Garfagnini e il suo il team di ricerca dell’Università di Padova e dell’INFN, è stata per noi un’importante occasione per far sì che Y-40 The Deep Joy, diventi sempre più un punto di riferimento a livello italiano e internazionale per la ricerca scientifica” commenta Emanuele Boaretto fondatore e architetto di Y-40 The Deep Joy.

Una volta completato, JUNO, che diventerà il più grande rivelatore del suo genere al mondo, sfrutterà i neutrini prodotti in due centrali nucleari per misurare con una precisione senza precedenti la loro energia nel tentativo di rispondere a una delle grandi domande ancora aperte nella fisica delle particelle elementari, ovvero la differenza tra le masse delle tre tipologie (sapori) di neutrini esistenti in natura (gerarchia di massa). Per fare ciò l’esperimento si avvarrà di 20.000 tonnellate di scintillatore liquido molto puro e a bassa contaminazione ambientale e di più di 40.000 fotomoltiplicatori, che consentiranno di rivelare la luce prodotta dai neutrini quando interagiscono con lo scintillatore.  

A differenza degli esperimenti che lo hanno preceduto, in JUNO la componente elettronica sarà installata a pochi metri dai fotomoltiplicatori e sarà immersa direttamente all’interno del serbatoio dell’apparato, al fine di diminuire i rumori elettronici nei segnali registrati e di aumentare la sensibilità del rivelatore. “A causa di questi vincoli costruttivi”, illustra Garfagnini, “l’elettronica di JUNO deve possedere caratteristiche molto stringenti di affidabilità e durata, in quanto non potrà essere riparata, né sostituita, dopo la sua installazione e per l'intera durata della presa dati dell’esperimento, che sarà di sei anni.” Scopo delle attività condotte nella piscina Y-40, a una profondità di 40 metri, è stato perciò quello di verificare le prestazioni dell’elettronica di JUNO prima della sua produzione e installazione nell’esperimento.

Oltre al fondamentale impegno nello sviluppo e nella realizzazione dell’elettronica dei fotomoltiplicatori, l’INFN è uno dei membri internazionali della collaborazione JUNO, a cui partecipa attraverso le sezioni di Padova, Ferrara, Catania, Milano, Milano Bicocca, Perugia, Roma 3 e i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF). Un ruolo di primo piano che certifica le riconosciute competenze tecnologiche dell’INFN nel campo della ricerca sotterranea dei neutrini per mezzo di rivelatori a scintillatore liquido. Competenze maturate soprattutto nell’ambito dell’esperienza di successo rappresentata da Borexino, esperimento ospitato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, che ha consentito di sviluppare una innovativa tecnica per la riduzione della radioattività naturale dello scintillatore di cui si avvarrà anche JUNO. Il progetto dell’elettronica è stato annoverato dal Ministero degli Affari Esteri e della Cooperazione Internazionale (MAECI) tra i progetti di Grande Rilevanza Italia-Cina nel 2018 e finanziato congiuntamente alla National Natural Science Foundation of China (NSFC) per il triennio successivo. Il progetto è nato e si è sviluppato all’interno dalla collaborazione tra la Sezione di Padova dell’INFN e l’Institute of High Energy Physics (IHEP) di Pechino.

PREMIATE DALL’INFN LE MIGLIORI TESI DI DOTTORATO IN FISICA DEL 2020

21 May, 2021 - 06:56

L’INFN ha assegnato i premi annuali per le migliori tesi di dottorato nelle cinque aree di ricerca dell’Istituto, ovvero in fisica subnucleare, astroparticellare, nucleare, teorica e tecnologica, e su attività di ricercae sviluppo nell’ambito del calcolo. I premi, del valore di 2.000 euro ciascuno e assegnati dalle cinque Commissioni Scientifiche Nazionali (CSN) e dalla Commissione Calcolo e Reti (CCR) dell’INFN, sono intitolati alla memoria di illustri fisici italiani o colleghi dell’INFN: Marcello Conversi, Bruno Rossi, Claudio Villi, Sergio Fubini, Francesco Resmini e Giulia Vita Finzi.

 

 

A Marco Boretto, dell’Università di Torino, e Milène Calvetti, dell’Università e della sezione INFN di Pisa, va il premio Marcello Conversi per le migliori tesi di dottorato nel campo della fisica subnucleare. Assegnato dalla CSN1, il riconoscimento premia due tesi dal titolo “First observation of the rare decay mode K+ → μ+ ν(μ) μ+μ- in the NA62 experiment at CERN SPS” e “Studies on H → bb decay and VH production with the ATLAS detector”.

Con questo premio l’INFN rende omaggio alla figura di Marcello Conversi, protagonista negli anni della Seconda guerra mondiale, insieme a Ettore Pancini e Oreste Piccioni, di un esperimento fondamentale che portò alla scoperta del muone e segnò di fatto la nascita della fisica delle alte energie.

 

Il premio Bruno Rossi, dedicato alle migliori tesi di dottorato in fisica astroparticellare, è stato assegnato a Nicolò Crescini, dell’Università di Padova e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, e a Odysse Halim, del Gran Sasso Science Institute, per le tesi dal titolo “Towards the development of the ferromagnetic axion haloscope” e “Searching for Core-Collapse Supernovae in the Multimessenger Era: Low Energy Neutrinos and Gravitational Waves”.

L’INFN ricorda con questo premio Bruno Rossi, scienziato che ha dato contributi fondamentali alla fisica delle particelle elementari mediante lo studio dei raggi cosmici, tra i primi a scoprire sorgenti di raggi X al di fuori del Sistema Solare e che ha identificato il decadimento del muone e ne ha misurato la vita media.

   

La CSN3 ha assegnato il premio Claudio Villi a Fabrizio Grosa, dell’Università di Torino, per la tesi “Strange and non-strange D-meson production in pp, p-Pb, and Pb-Pb collisions with ALICE at the LHC”, giudicata come miglior tesi di dottorato nel campo della fisica nucleare.

Con questo premio l’INFN ricorda Claudio Villi, titolare della prima cattedra italiana di fisica nucleare all'Università di Padova. A Villi si deve l’idea di creare i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell'INFN e l’attuale modello organizzativo dell'Istituto, che prende forma durante il suo mandato di presidente (1970-1975).

Francesco Galvagno, dell’Università di Torino, Davide Giusti, dell’Università di Roma Tre, e Paola Ruggiero, della SISSA di Trieste, hanno ricevuto il premio Sergio Fubini dalla CSN4. Le loro tesi sono state reputate le migliori nel campo della fisica teorica e sono intitolate “Wilson loops as defects in N=2 conformal field theories”, “Isospin Breaking Corrections to Masses and Hadronic Processes on the Lattice” e “Entanglement and correlations in one-dimensional quantum many body systems”.

Questo premio è stato istituito dall’INFN per rendere omaggio al fisico teorico torinese Sergio Fubini, scomparso nel 2005, che ha dato significativi contributi alla teoria dei campi e alla teoria delle stringhe.

 

Premiate dalla CSN5 le migliori tesi di dottorato in fisica degli acceleratori e delle nuove tecnologie. Il premio Francesco Resmini va a Marco Guarise, dell’Università di Ferrara e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, per la tesi dal titolo “An experimental study of novel schemes for low-energy-threshold and low-background particle detection in rare gas crystals”, e a Francesco Sgarbossa, dell’Università di Padova e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, per la tesi “Innovative methods for Germanium Doping”.

Il riconoscimento è dedicato a Francesco Resmini, tra i pionieri degli studi sulle macchine acceleratrici e sulla fisica applicata per la diagnostica ambientale e medica.

   

Il premio Giulia Vita Finzi, attribuito dalla Commissione Calcolo e Reti, per la migliore tesi di laurea magistrale su attività di ricerca e sviluppo nell’ambito del calcolo dell’INFN, è stato assegnato a Camilla Scapicchio, dell’Università e della sezione INFN di Pisa, per la tesi “A deep Convolutional Neural Network for breast density assessment: optimization and explainability.”

Il premio è dedicato alla memoria di Giulia Vita Finzi, colonna portante della Commissione Calcolo e Reti e del CNAF, e uno dei primi web master dell’INFN negli anni pionieristici per queste attività e ricerche tecnologiche.

PREMIATE DALL’INFN LE MIGLIORI TESI DI DOTTORATO IN FISICA DEL 2020

21 May, 2021 - 06:56

L’INFN ha assegnato i premi annuali per le migliori tesi di dottorato nelle cinque aree di ricerca dell’Istituto, ovvero in fisica subnucleare, astroparticellare, nucleare, teorica e tecnologica, e su attività di ricercae sviluppo nell’ambito del calcolo. I premi, del valore di 2.000 euro ciascuno e assegnati dalle cinque Commissioni Scientifiche Nazionali (CSN) e dalla Commissione Calcolo e Reti (CCR) dell’INFN, sono intitolati alla memoria di illustri fisici italiani o colleghi dell’INFN: Marcello Conversi, Bruno Rossi, Claudio Villi, Sergio Fubini, Francesco Resmini e Giulia Vita Finzi.

 

 

A Marco Boretto, dell’Università di Torino, e Milène Calvetti, dell’Università e della sezione INFN di Pisa, va il premio Marcello Conversi per le migliori tesi di dottorato nel campo della fisica subnucleare. Assegnato dalla CSN1, il riconoscimento premia due tesi dal titolo “First observation of the rare decay mode K+ → μ+ ν(μ) μ+μ- in the NA62 experiment at CERN SPS” e “Studies on H → bb decay and VH production with the ATLAS detector”.

Con questo premio l’INFN rende omaggio alla figura di Marcello Conversi, protagonista negli anni della Seconda guerra mondiale, insieme a Ettore Pancini e Oreste Piccioni, di un esperimento fondamentale che portò alla scoperta del muone e segnò di fatto la nascita della fisica delle alte energie.

 

Il premio Bruno Rossi, dedicato alle migliori tesi di dottorato in fisica astroparticellare, è stato assegnato a Nicolò Crescini, dell’Università di Padova e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, e a Odysse Halim, del Gran Sasso Science Institute, per le tesi dal titolo “Towards the development of the ferromagnetic axion haloscope” e “Searching for Core-Collapse Supernovae in the Multimessenger Era: Low Energy Neutrinos and Gravitational Waves”.

L’INFN ricorda con questo premio Bruno Rossi, scienziato che ha dato contributi fondamentali alla fisica delle particelle elementari mediante lo studio dei raggi cosmici, tra i primi a scoprire sorgenti di raggi X al di fuori del Sistema Solare e che ha identificato il decadimento del muone e ne ha misurato la vita media.

   

La CSN3 ha assegnato il premio Claudio Villi a Fabrizio Grosa, dell’Università di Torino, per la tesi “Strange and non-strange D-meson production in pp, p-Pb, and Pb-Pb collisions with ALICE at the LHC”, giudicata come miglior tesi di dottorato nel campo della fisica nucleare.

Con questo premio l’INFN ricorda Claudio Villi, titolare della prima cattedra italiana di fisica nucleare all'Università di Padova. A Villi si deve l’idea di creare i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell'INFN e l’attuale modello organizzativo dell'Istituto, che prende forma durante il suo mandato di presidente (1970-1975).

Francesco Galvagno, dell’Università di Torino, Davide Giusti, dell’Università di Roma Tre, e Paola Ruggiero, della SISSA di Trieste, hanno ricevuto il premio Sergio Fubini dalla CSN4. Le loro tesi sono state reputate le migliori nel campo della fisica teorica e sono intitolate “Wilson loops as defects in N=2 conformal field theories”, “Isospin Breaking Corrections to Masses and Hadronic Processes on the Lattice” e “Entanglement and correlations in one-dimensional quantum many body systems”.

Questo premio è stato istituito dall’INFN per rendere omaggio al fisico teorico torinese Sergio Fubini, scomparso nel 2005, che ha dato significativi contributi alla teoria dei campi e alla teoria delle stringhe.

 

Premiate dalla CSN5 le migliori tesi di dottorato in fisica degli acceleratori e delle nuove tecnologie. Il premio Francesco Resmini va a Marco Guarise, dell’Università di Ferrara e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, per la tesi dal titolo “An experimental study of novel schemes for low-energy-threshold and low-background particle detection in rare gas crystals”, e a Francesco Sgarbossa, dell’Università di Padova e dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN, per la tesi “Innovative methods for Germanium Doping”.

Il riconoscimento è dedicato a Francesco Resmini, tra i pionieri degli studi sulle macchine acceleratrici e sulla fisica applicata per la diagnostica ambientale e medica.

   

Il premio Giulia Vita Finzi, attribuito dalla Commissione Calcolo e Reti, per la migliore tesi di laurea magistrale su attività di ricerca e sviluppo nell’ambito del calcolo dell’INFN, è stato assegnato a Camilla Scapicchio, dell’Università e della sezione INFN di Pisa, per la tesi “A deep Convolutional Neural Network for breast density assessment: optimization and explainability.”

Il premio è dedicato alla memoria di Giulia Vita Finzi, colonna portante della Commissione Calcolo e Reti e del CNAF, e uno dei primi web master dell’INFN negli anni pionieristici per queste attività e ricerche tecnologiche.

LHC: IL CERN APPROVA IL NONO ESPERIMENTO

20 May, 2021 - 09:28

Al CERN di Ginevra si apre una nuova frontiera nella ricerca della materia oscura e nello studio dei neutrini. Un nuovo esperimento opererà sul più grande e potente acceleratore di particelle al mondo. Il Research Board del CERN ha approvato, infatti, il nono esperimento che utilizzerà il Large Hadron Collider: SND@LHC, ovvero Scattering and Neutrino Detector at the LHC, il nuovo rilevatore di particelle SND.

Progettato per rivelare e studiare i neutrini, SND@LHC sarà posizionato a 480m dal punto di collisione dell’esperimento ATLAS, ad angolo molto piccolo rispetto alla direzione di incidenza dei fasci. L’installazione avverrà nel corso del 2021 in un tunnel sotterraneo che collega LHC al Super Proton Synchrotron, e comincerà a registrare dati nel 2022 quando LHC ripartirà.

L’esperimento SND@LHC coinvolge un gruppo di 180 scienziati di 20 Istituti in 10 Paesi dall’Asia all’America coordinati dal professore Giovanni De Lellis, fisico dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e associato INFN. Al progetto collaborano le Università di Bari, Bologna e Napoli e le corrispondenti sezioni INFN.

"L'esperimento aprirà una nuova frontiera nello studio dei neutrini e nella ricerca di materia oscura - commenta il professore Giovanni De Lellis, responsabile internazionale del gruppo di ricercatori -. E siccome una buona parte dei neutrini è originata dai decadimenti di quark pesanti, i neutrini costituiscono un modo unico per studiare la produzione di questi quark, altrimenti inaccessibile".

SND@LHC è un apparato sperimentale molto compatto, di circa 2 m3 di volume, che ha l’ambizioso obiettivo di concentrare in un volume così compatto le apparecchiature che consentono di effettuare tutte le misure necessarie a identificare i neutrini e a studiarne le loro proprietà.

Ipotizzati dal fisico austriaco Wolfgang Pauli nel 1930 e osservati per la prima volta nel 1956, i neutrini, tra le particelle elementari più enigmatiche dell’Universo, sono studiati utilizzando sia sorgenti naturali che artificiali, come gli acceleratori. SND@LHC misurerà neutrini di energia mai raggiunta prima prodotti per la prima volta da un collisionatore di particelle, ovvero un acceleratore che fa scontrare due fasci di particelle, aprendo così una nuova frontiera nella fisica del neutrino.

“L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare fornisce un contributo determinante alla realizzazione dei rivelatori delle particelle prodotte nell’interazione dei neutrini e allo sviluppo dei sistemi di analisi dei dati che verranno acquisiti nei prossimi anni. Questo progetto apre un nuovo filone di ricerca a cui contribuiscono ricercatori che hanno esperienze e formazione diversa, creando una sinergia particolarmente proficua”, sottolinea il professore De Lellis.

Inoltre, SND@LHC ricercherà anche nuove particelle, molto debolmente interagenti con la materia che non sono previste dal Modello Standard delle particelle e dei campi e che potrebbero costituire la cosiddetta materia oscura dell’Universo. L’apparato SND, infatti, consta di una regione cosiddetta del bersaglio dove i neutrini interagiscono nel materiale di tungsteno e rivelatori traccianti di risoluzione micrometrica ricostruiscono il vertice dell’interazione. Tale regione è seguita da un calorimetro che misura l’energia dei neutrini e da un sistema di identificazione dei muoni. L’apparato è in grado di misurare anche il tempo che intercorre tra la produzione e l’interazione dei neutrini, distante circa 480m, distinguendoli così da eventuali nuove particelle di massa più grande che viaggerebbero più lentamente.

LHC: IL CERN APPROVA IL NONO ESPERIMENTO

20 May, 2021 - 09:28

Al CERN di Ginevra si apre una nuova frontiera nella ricerca della materia oscura e nello studio dei neutrini. Un nuovo esperimento opererà sul più grande e potente acceleratore di particelle al mondo. Il Research Board del CERN ha approvato, infatti, il nono esperimento che utilizzerà il Large Hadron Collider: SND@LHC, ovvero Scattering and Neutrino Detector at the LHC, il nuovo rilevatore di particelle SND.

Progettato per rivelare e studiare i neutrini, SND@LHC sarà posizionato a 480m dal punto di collisione dell’esperimento ATLAS, ad angolo molto piccolo rispetto alla direzione di incidenza dei fasci. L’installazione avverrà nel corso del 2021 in un tunnel sotterraneo che collega LHC al Super Proton Synchrotron, e comincerà a registrare dati nel 2022 quando LHC ripartirà.

L’esperimento SND@LHC coinvolge un gruppo di 180 scienziati di 20 Istituti in 10 Paesi dall’Asia all’America coordinati dal professore Giovanni De Lellis, fisico dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e associato INFN. Al progetto collaborano le Università di Bari, Bologna e Napoli e le corrispondenti sezioni INFN.

"L'esperimento aprirà una nuova frontiera nello studio dei neutrini e nella ricerca di materia oscura - commenta il professore Giovanni De Lellis, responsabile internazionale del gruppo di ricercatori -. E siccome una buona parte dei neutrini è originata dai decadimenti di quark pesanti, i neutrini costituiscono un modo unico per studiare la produzione di questi quark, altrimenti inaccessibile".

SND@LHC è un apparato sperimentale molto compatto, di circa 2 m3 di volume, che ha l’ambizioso obiettivo di concentrare in un volume così compatto le apparecchiature che consentono di effettuare tutte le misure necessarie a identificare i neutrini e a studiarne le loro proprietà.

Ipotizzati dal fisico austriaco Wolfgang Pauli nel 1930 e osservati per la prima volta nel 1956, i neutrini, tra le particelle elementari più enigmatiche dell’Universo, sono studiati utilizzando sia sorgenti naturali che artificiali, come gli acceleratori. SND@LHC misurerà neutrini di energia mai raggiunta prima prodotti per la prima volta da un collisionatore di particelle, ovvero un acceleratore che fa scontrare due fasci di particelle, aprendo così una nuova frontiera nella fisica del neutrino.

“L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare fornisce un contributo determinante alla realizzazione dei rivelatori delle particelle prodotte nell’interazione dei neutrini e allo sviluppo dei sistemi di analisi dei dati che verranno acquisiti nei prossimi anni. Questo progetto apre un nuovo filone di ricerca a cui contribuiscono ricercatori che hanno esperienze e formazione diversa, creando una sinergia particolarmente proficua”, sottolinea il professore De Lellis.

Inoltre, SND@LHC ricercherà anche nuove particelle, molto debolmente interagenti con la materia che non sono previste dal Modello Standard delle particelle e dei campi e che potrebbero costituire la cosiddetta materia oscura dell’Universo. L’apparato SND, infatti, consta di una regione cosiddetta del bersaglio dove i neutrini interagiscono nel materiale di tungsteno e rivelatori traccianti di risoluzione micrometrica ricostruiscono il vertice dell’interazione. Tale regione è seguita da un calorimetro che misura l’energia dei neutrini e da un sistema di identificazione dei muoni. L’apparato è in grado di misurare anche il tempo che intercorre tra la produzione e l’interazione dei neutrini, distante circa 480m, distinguendoli così da eventuali nuove particelle di massa più grande che viaggerebbero più lentamente.

DAMPE, UNA NUOVA MISURA DI PRECISIONE DEL FLUSSO DI NUCLEI DI ELIO AD ALTE ENERGIE NEI RAGGI COSMICI

18 May, 2021 - 06:36

La collaborazione dell’esperimento satellitare DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), dedicato allo studio della materia oscura nello spazio, che vede un importante contributo dell’INFN, ha misurato con un’accuratezza senza precedenti il flusso di nuclei di elio nei raggi cosmici fino ad altissime energie (80 TeV). Il risultato, che aumenta la precisione delle misure analoghe effettuate nel passato da altre missioni spaziali, è stato pubblicato oggi sulla rivista Physical Review Letters (PRL). Grazie alla grande superficie di rivelazione di cui è dotato e all’intervallo di energia che è in grado di esplorare, DAMPE ha raccolto un elevato numero di nuclei di elio fino ad altissime energie, osservando un andamento inatteso del loro spettro energetico. Oltre a confermare un’attenuazione nella diminuzione del flusso all’aumentare dell’energia intorno al TeV, i dati raccolti dal rivelatore hanno infatti messo in evidenza per la prima volta una più rapida diminuzione (“softening”) del flusso a energie di 34 TeV, pari a circa 34.000 volte l’energia corrispondente alla massa a riposo di un protone.

Il risultato, ottenuto analizzando l’intero set di dati acquisiti da DAMPE fino alla metà del 2020, potrà contribuire a elaborare modelli teorici più accurati per la descrizione delle sorgenti di raggi cosmici e dei meccanismi di diffusione di questi ultimi nel mezzo interstellare. “Questa nuova caratteristica nello spettro di energia dell’elio nei raggi cosmici, combinata con l’analoga struttura già osservata da DAMPE per i protoni a circa 14 TeV, sembra indicare una dipendenza del “softening” dalla carica piuttosto che dalla massa del nucleo, anche se quest’ultima dipendenza non può essere esclusa del tutto. Ciò che invece si può asserire con certezza è che le caratteristiche evidenziate da DAMPE negli spettri energetici di protoni ed elio hanno importanti implicazioni per i modelli sull’origine e l’accelerazione dei raggi cosmici galattici”, come spiega Margherita Di Santo, componente della collaborazione DAMPE, attualmente post-doc al GSSI, autrice di una tesi di dottorato presso l’Università del Salento che ha riguardato proprio l‘analisi dei dati di DAMPE per la misura del flusso dell’elio nei raggi cosmici.

A più di 100 anni dalla scoperta dei raggi cosmici, sono ancora molte le domande senza una risposta esaustiva sulla loro origine, sui meccanismi di accelerazione fino alle energie più elevate e sulla propagazione nella Galassia e nello spazio intergalattico. “Lo studio della composizione della radiazione cosmica, cioè dell’abbondanza dei diversi nuclei che la compongono, dai protoni fino ai nuclei più pesanti, e dei loro spettri energetici, può rivelarsi estremamente utile per far luce su questi fenomeni”, spiega Antonio Surdo, ricercatore dell’INFN di Lecce e membro della collaborazione DAMPE, che è stato tutor della Dottoressa Di Santo nel suo lavoro di tesi. “L’esperimento DAMPE è in grado di misurare la carica e l’energia dei singoli nuclei, anche oltre il ferro, con una precisione ed un’abbondanza di dati finora mai raggiunte. Le energie esplorate si avvicinano alle energie accessibili agli apparati di rivelazione posti sulla superficie terrestre ad alta quota. Pertanto, queste misure forniscono informazioni uniche per far luce sulla complessa fenomenologia dei raggi cosmici e sulle sorgenti galattiche.”

Lo scopo di DAMPE, lanciato in orbita nel dicembre 2015 dall’Agenzia spaziale cinese, è cercare la sfuggente materia oscura, studiando le particelle di alta energia di origine astrofisica, in particolare il flusso dei raggi cosmici che investono incessantemente il nostro pianeta. DAMPE è anche in grado di fare astronomia-gamma, cioè di studiare le sorgenti di raggi gamma galattiche ed extragalattiche, distinguendo i fotoni cosmici dalle particelle cariche e misurandone la direzione di arrivo e l’energia con grande precisione. Misure fondamentali nella ricerca di particelle che possono essere generate dalla materia oscura che si ipotizza pervada tutta la galassia.

L’esperimento è frutto di una collaborazione internazionale tra l’INFN, con le sezioni di Perugia, Bari, Lecce e il gruppo collegato dell'Aquila,  la Chinese Academy of Sciences (CAS), le Università di Perugia, Bari e del Salento, il Gran Sasso Science Institute e l’Università di Ginevra. Nella collaborazione DAMPE operano oltre 100 tra scienziati, dottorandi e tecnici.

Il contributo italiano

Uno dei componenti chiave del DAMPE è il cosiddetto tracciatore, il cui compito è ricostruire la direzione di arrivo dei raggi cosmici. Costituito da strisce di silicio e fogli di tungsteno, il tracciatore è stato realizzato in Italia con il coordinamento dell’INFN di Perugia. L’esperimento ha un peso di 1.400 kg mentre tutto il satellite pesa circa 1.900 kg. Un altro importante componente è il calorimetro a cristalli di germanato di bismuto (BGO), che ha il compito di misurare l’energia dei raggi cosmici ed è stato realizzato con una tecnologia che consente di ottenere una risoluzione migliore rispetto a tutti gli altri esperimenti nello spazio. L’apparato ha nella parte superiore due strati di scintillatori plastici che emettono luce al passaggio delle particelle consentendo di misurarne con elevata precisione la carica elettrica. Nella parte inferiore è posto un rivelatore di neutroni che migliora la capacità dell’esperimento nel distinguere eventi dovuti all’arrivo di fotoni ed elettroni, da quelli dovuti all’interazione di protoni e nuclei. Il contributo italiano alla realizzazione e alla conduzione dell’esperimento è stato determinante. Gli scienziati italiani hanno collaborato con i colleghi cinesi e svizzeri nella progettazione, costruzione e messa a punto dell’apparato, hanno coordinato i test dei rivelatori sia in laboratorio sia su fasci di protoni, elettroni e ioni presso gli acceleratori del CERN a Ginevra (che test sono stati fatti in laboratorio? Anche quelli con acceleratori sono test in laboratorio), hanno contribuito alla scrittura dei software di analisi e di simulazione e sono impegnati nell’analisi dei dati e nell’interpretazione dei risultati.

DAMPE, UNA NUOVA MISURA DI PRECISIONE DEL FLUSSO DI NUCLEI DI ELIO AD ALTE ENERGIE NEI RAGGI COSMICI

18 May, 2021 - 06:36

La collaborazione dell’esperimento satellitare DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), dedicato allo studio della materia oscura nello spazio, che vede un importante contributo dell’INFN, ha misurato con un’accuratezza senza precedenti il flusso di nuclei di elio nei raggi cosmici fino ad altissime energie (80 TeV). Il risultato, che aumenta la precisione delle misure analoghe effettuate nel passato da altre missioni spaziali, è stato pubblicato oggi sulla rivista Physical Review Letters (PRL). Grazie alla grande superficie di rivelazione di cui è dotato e all’intervallo di energia che è in grado di esplorare, DAMPE ha raccolto un elevato numero di nuclei di elio fino ad altissime energie, osservando un andamento inatteso del loro spettro energetico. Oltre a confermare un’attenuazione nella diminuzione del flusso all’aumentare dell’energia intorno al TeV, i dati raccolti dal rivelatore hanno infatti messo in evidenza per la prima volta una più rapida diminuzione (“softening”) del flusso a energie di 34 TeV, pari a circa 34.000 volte l’energia corrispondente alla massa a riposo di un protone.

Il risultato, ottenuto analizzando l’intero set di dati acquisiti da DAMPE fino alla metà del 2020, potrà contribuire a elaborare modelli teorici più accurati per la descrizione delle sorgenti di raggi cosmici e dei meccanismi di diffusione di questi ultimi nel mezzo interstellare. “Questa nuova caratteristica nello spettro di energia dell’elio nei raggi cosmici, combinata con l’analoga struttura già osservata da DAMPE per i protoni a circa 14 TeV, sembra indicare una dipendenza del “softening” dalla carica piuttosto che dalla massa del nucleo, anche se quest’ultima dipendenza non può essere esclusa del tutto. Ciò che invece si può asserire con certezza è che le caratteristiche evidenziate da DAMPE negli spettri energetici di protoni ed elio hanno importanti implicazioni per i modelli sull’origine e l’accelerazione dei raggi cosmici galattici”, come spiega Margherita Di Santo, componente della collaborazione DAMPE, attualmente post-doc al GSSI, autrice di una tesi di dottorato presso l’Università del Salento che ha riguardato proprio l‘analisi dei dati di DAMPE per la misura del flusso dell’elio nei raggi cosmici.

A più di 100 anni dalla scoperta dei raggi cosmici, sono ancora molte le domande senza una risposta esaustiva sulla loro origine, sui meccanismi di accelerazione fino alle energie più elevate e sulla propagazione nella Galassia e nello spazio intergalattico. “Lo studio della composizione della radiazione cosmica, cioè dell’abbondanza dei diversi nuclei che la compongono, dai protoni fino ai nuclei più pesanti, e dei loro spettri energetici, può rivelarsi estremamente utile per far luce su questi fenomeni”, spiega Antonio Surdo, ricercatore dell’INFN di Lecce e membro della collaborazione DAMPE, che è stato tutor della Dottoressa Di Santo nel suo lavoro di tesi. “L’esperimento DAMPE è in grado di misurare la carica e l’energia dei singoli nuclei, anche oltre il ferro, con una precisione ed un’abbondanza di dati finora mai raggiunte. Le energie esplorate si avvicinano alle energie accessibili agli apparati di rivelazione posti sulla superficie terrestre ad alta quota. Pertanto, queste misure forniscono informazioni uniche per far luce sulla complessa fenomenologia dei raggi cosmici e sulle sorgenti galattiche.”

Lo scopo di DAMPE, lanciato in orbita nel dicembre 2015 dall’Agenzia spaziale cinese, è cercare la sfuggente materia oscura, studiando le particelle di alta energia di origine astrofisica, in particolare il flusso dei raggi cosmici che investono incessantemente il nostro pianeta. DAMPE è anche in grado di fare astronomia-gamma, cioè di studiare le sorgenti di raggi gamma galattiche ed extragalattiche, distinguendo i fotoni cosmici dalle particelle cariche e misurandone la direzione di arrivo e l’energia con grande precisione. Misure fondamentali nella ricerca di particelle che possono essere generate dalla materia oscura che si ipotizza pervada tutta la galassia.

L’esperimento è frutto di una collaborazione internazionale tra l’INFN, con le sezioni di Perugia, Bari, Lecce e il gruppo collegato dell'Aquila,  la Chinese Academy of Sciences (CAS), le Università di Perugia, Bari e del Salento, il Gran Sasso Science Institute e l’Università di Ginevra. Nella collaborazione DAMPE operano oltre 100 tra scienziati, dottorandi e tecnici.

Il contributo italiano

Uno dei componenti chiave del DAMPE è il cosiddetto tracciatore, il cui compito è ricostruire la direzione di arrivo dei raggi cosmici. Costituito da strisce di silicio e fogli di tungsteno, il tracciatore è stato realizzato in Italia con il coordinamento dell’INFN di Perugia. L’esperimento ha un peso di 1.400 kg mentre tutto il satellite pesa circa 1.900 kg. Un altro importante componente è il calorimetro a cristalli di germanato di bismuto (BGO), che ha il compito di misurare l’energia dei raggi cosmici ed è stato realizzato con una tecnologia che consente di ottenere una risoluzione migliore rispetto a tutti gli altri esperimenti nello spazio. L’apparato ha nella parte superiore due strati di scintillatori plastici che emettono luce al passaggio delle particelle consentendo di misurarne con elevata precisione la carica elettrica. Nella parte inferiore è posto un rivelatore di neutroni che migliora la capacità dell’esperimento nel distinguere eventi dovuti all’arrivo di fotoni ed elettroni, da quelli dovuti all’interazione di protoni e nuclei. Il contributo italiano alla realizzazione e alla conduzione dell’esperimento è stato determinante. Gli scienziati italiani hanno collaborato con i colleghi cinesi e svizzeri nella progettazione, costruzione e messa a punto dell’apparato, hanno coordinato i test dei rivelatori sia in laboratorio sia su fasci di protoni, elettroni e ioni presso gli acceleratori del CERN a Ginevra (che test sono stati fatti in laboratorio? Anche quelli con acceleratori sono test in laboratorio), hanno contribuito alla scrittura dei software di analisi e di simulazione e sono impegnati nell’analisi dei dati e nell’interpretazione dei risultati.