Categoria: infn-it

Sono stati presentati oggi, mercoledì 22 marzo in un seminario presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, i risultati di XENONnT, l’ultimo rivelatore del progetto XENON dedicato alla ricerca diretta di WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), particelle che rappresentano possibili candidati per la materia oscura. Con una esposizione di poco superiore a una tonnellata-anno, l’analisi dei dati conferma l’elevata sensibilità raggiunta in questa fase dal rivelatore grazie alla riduzione del rumore di fondo. XENONnT quindi ottiene dei nuovi limiti sulla interazione della materia oscura con i nuclei della materia ordinaria. I risultati sono riportati in un articolo sottomesso alla rivista Physical Review Letters e nel preprint già disponibile sul sito di XENON (https://xenonexperiment.org/).

“Con XENONnT abbiamo migliorato i risultati del suo predecessore XENON1T, grazie ad una massa attiva di xenon tre volte più grande e al suo fondo cinque volte più basso, ottenuto con l’utilizzo di nuove tecniche sperimentali come la colonna di distillazione del Radon e il Neutron Veto” annuncia Elena Aprile della Columbia University di New York, portavoce dell’esperimento. 

XENONnT è stato progettato per rivelare la materia oscura con una sensibilità di 10 volte superiore al suo predecessore. Il rivelatore posto nel cuore dell’esperimento è una camera a proiezione temporale con xenon in doppia fase, stato liquido e gassoso, di circa 1.5 m in diametro e altezza, riempita con 5900 kg di xenon ultra-puro mantenuto liquido ad una temperatura di -95 °C, che funge da bersaglio attivo per l’interazione delle particelle di materia oscura. Il tutto è installato al centro di un serbatoio di acqua, utilizzato come schermo attivo per rivelare i muoni e neutroni che potrebbero simulare falsi segnali. Posizionato in una delle sale sperimentali del Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso, XENONnT è stato costruito e messo in funzione fra la primavera del 2020 e quella del 2021. I dati che hanno portato a questi risultati sono stati acquisiti tra luglio e novembre 2021. 

Con questi risultati XENONnT migliora i limiti degli esperimenti precedenti, già con un breve tempo di esposizione. XENONnT sta continuando ad acquisire ulteriori dati, in condizioni sperimentali ancora migliori grazie ad un livello di radon ulteriormente ridotto, in modo da poter migliorare la sensibilità alla possibile interazione di WIMP nei prossimi anni.

Il 20 marzo, il Ministro dell’Università e della Ricerca Anna Maria Bernini si è recata in visita nella ex-miniera di Sos Enattos, in Sardegna nel Nuorese, dove è stata accolta da un’ampia e calorosa partecipazione della comunità locale, con rappresentanti delle istituzioni, della società civile e del personale della miniera, sito italiano candidato a ospitare il progetto scientifico Einstein Telescope, la grande infrastruttura di ricerca per il rivelatore di onde gravitazionali di prossima generazione, riconosciuta dalla roadmap di ESFRI, Lo European Strategy Forum for Research Instrastructures, come infrastruttura strategica a livello europeo.

Nello scenario internazionale, il sito sardo compete attualmente con un altro sito individuato nella regione di confine tra Paesi Bassi, Belgio e Germania. La candidatura del sito sardo può contare come punti di forza sulle caratteristiche del territorio, che garantiscono i bassissimi livelli di rumore sismico e antropico di cui Einstein Telescope ha bisogno, sul largo consenso scientifico e istituzionale a livello nazionale e locale, e sulle competenze della comunità scientifica italiana, grazie all’eccellenza degli Istituti di ricerca e delle Università che partecipano al progetto, e grazie alla tradizione nella ricerca sulle onde gravitazionali, di cui l’INFN è protagonista da oltre cinquant’anni.

“Ringraziamo il Ministro Bernini per la sua visita a Sos Enattos e per la determinazione con cui il Ministero sta sostenendo Einstein Telescope, è fondamentale per la comunità scientifica, e anche per la società civile e le istituzioni locali che credono nel progetto in Sardegna”, commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “La candidatura italiana è forte: può contare su alte competenze scientifiche e su un sito che è ideale per ET e unico in Europa. D’altro canto, sappiamo che queste grandi sfide internazionali non si giocano solo sul piano scientifico e tecnico, ma anche su quello istituzionale e politico, e si vincono solo facendo squadra, come stiamo facendo. Non sarà facile, la competizione sarà serrata, ma sappiamo che l’Italia che fa squadra sa arrivare al successo”, conclude Zoccoli.

Attualmente l’ex-miniera di Sos Enattos ospita il laboratorio SAR-GRAV, finanziato dalla Regione Sardegna e nato nell’ambito di un Accordo di Programma tra la Regione Sardegna, l’Università di Sassari, l’INFN, l’INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, l’Università di Cagliari, e l’IGEA spa, società che gestisce la miniera.

La candidatura del sito sardo di Sos Enattos è al centro del progetto ETIC (Einstein Telescope Infrastructure Consortium), finanziato con quasi 50 milioni di euro su fondi PNRR, nell’ambito della Missione 4 coordinata dal MUR. ETIC ha, infatti, tra i suoi obiettivi principali la realizzazione di uno studio di fattibilità e di caratterizzazione del sito della ex-miniera dismessa di Sos Enattos proprio per supportare la candidatura italiana a ospitare ET in Sardegna. Per la realizzazione dei suoi obiettivi, il progetto, guidato dall’INFN, può contare sulle competenze multidisciplinari di INAF Istituto Nazionale di Astrofisica e ASI Agenzia Spaziale Italiana e delle università di Cagliari, Bologna, Padova, Perugia, Roma Tor Vergata, Napoli Federico II, Roma Sapienza, Genova, Campania Luigi Vanvitelli, Pisa e Gran Sasso Science Institute.

Si è tenuto il 9 e 10 marzo a Washington il ciclo di incontri bilaterali Italia-Stati Uniti dedicati al confronto su temi, prospettive e progetti di ricerca di fisica fondamentale che vedono oggi impegnati i due paesi in uno sforzo congiunto nell’ambito di importanti collaborazioni scientifiche. Protagonisti dell’appuntamento, che si rinnova ogni anno, la delegazione italiana con il Presidente dell’INFN Antonio Zoccoli, la giunta esecutiva dell’INFN, il direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso Ezio Previtali, lo spokesperson della collaborazione scientifica dell’esperimento DUNE Sergio Bertoucci, il coordinatore delle ricerche in quantum technologies dell’INFN Valter Bonvicini, e l’addetto scientifico dell’ambasciata italiana a Washington Maurizio Biasini, e le delegazioni statunitensi delle principali istituzioni scientifiche e delle istituzioni responsabili del finanziamento e della promozione della ricerca scientifica: il Department of Energy (DOE), la National Science Foundation (NSF), il Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) e il Brookhaven National Laboratory (NBL). A ospitare la due giorni di incontri, che ha fornito l’occasione per rinsaldare e rinnovare la cooperazione di lungo corso tra fisici italiani e statunitensi e fare il punto sulle iniziative comuni, sono stati, rispettivamente il 9 e 10 marzo, il quartier generale della NSF e l’ambasciata italiana a Washington.

“Gli incontri dei vertici dell’INFN a Washington confermano la posizione dell’Italia quale partner privilegiato degli Stati Uniti nei settori più avanzati della fisica e delle tecnologie emergenti” ha evidenziato l’Ambasciatrice Mariangela Zappia, rilevando tra l’altro che “la nostra riconosciuta leadership rende particolarmente autorevole la candidatura a realizzare in Italia il progetto dell’Einstein Telescope”. “La collaborazione scientifica e tecnologica tra partner fidati quali Italia e Stati Uniti, che condividono valori e visione del futuro, assume un ruolo ancor più rilevante nell’attuale scenario geopolitico”, ha chiosato.

Molti gli argomenti di stringente attualità per la comunità della fisica al centro dei tavoli del bilaterale, a partire da quelli riguardanti presente e futuro degli studi sulle onde gravitazionali. Indiscussi pionieri del settore, Italia e Stati Uniti, grazie ai rapporti che da sempre legano i gruppi di ricerca degli esperimenti Virgo e LIGO, hanno infatti posto le basi per la creazione della più ampia collaborazione internazionale che oggi coinvolge gli osservatori gravitazionali di tutto il mondo, e che punta per i prossimi anni sui rivelatori di nuova generazione terrestri e spaziali, quali l’Einstein Telescope, il Cosmic Expolorer e Lisa. Ampio spazio è stato dedicato ai programmi scientifici rivolti alla ricerca sui neutrini, dal progetto DUNE negli Stati Uniti, di cui l’INFN è partner, ai futuri esperimenti per la misura del decadimento doppio beta senza emissioni di neutrini, che l’INFN si candida a ospitare nei propri Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

Un importante confronto ha inoltre riguardato le iniziative e le attività relative alle ricerche nell’ambito della fisica degli acceleratori e delle particelle, di cui l’INFN è partner storico e alle quali continua a fornire contributi fondamentali. Nello specifico, si è parlato dello stato delle attività di cooperazione in corso al CERN e sui benefici reciproci che potrebbero derivare da future collaborazioni nell’ambito del progetto Future Circular Collider (FCC) e per lo sviluppo delle tecnologie del programma Eupraxia. Infine, ma non ultimo, si è affrontato il tema molto attuale delle tecnologie quantistiche, e in particolare del progetto coordinato dal Centro SQMS del Fermilab per la realizzazione del futuro computer quantistico, di cui l’INFN è l’unico partner non statunitense.

“Oltre a descrivere un quadro estremamente ricco e fruttuoso dei rapporti scientifici che legano gli Stati Uniti e l’Italia nella ricerca in fisica fondamentale”, ha commentato Antonio Zoccoli, Presidente dell’INFN, “la vastità delle tematiche e il numero di progetti di cui abbiamo discusso a Washington rappresentano una ulteriore testimonianza delle competenze tecniche e scientifiche di cui il nostro paese dispone e per le quali è ritenuto un partner prezioso. La comunità dell’INFN è orgogliosa di poter contribuire grazie alla sua esperienza a molti dei principali progetti scientifici negli Stati Uniti. E allo stesso modo, per l’INFN è fondamentale poter contare per i propri progetti sulle competenze di altissimo livello dei colleghi statunitensi e sulla loro rilevante collaborazione”.

Lo studio delle astroparticelle e la ricerca in terapia oncologica sono al centro dei due accordi specifici sottoscritti il 7 marzo a Buenos Aires da Adriana Cristina SERQUIS, presidente del CNEA, la Comisión Nacional de Energía Atómica, e Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. In particolare, uno dei due accordi riguarda alcuni progetti sperimentali sviluppati in Argentina e di cui l’INFN è partner dedicati alle ricerche sui raggi cosmici e a studi di cosmologia: l’Osservatorio Pierre Auger, distribuito sulla Pampa, che studia gli sciami di raggi cosmici di alta energia, il progetto QUBIC, inaugurato lo scorso anno e operativo in alta quota nella provincia di Salta dedicato allo studio della radiazione cosmica di fondo, e il progetto Andes per la realizzazione di un laboratorio sotterraneo sulle Ande. L’altro dei due accordi specifici riguarda invece le applicazioni per la medicina derivanti da tecnologie e metodi nati in seno alla fisica di base, in particolare l’accordo riguarda attività di ricerca e sviluppo nell’ambito della terapia oncologica, sia per la BNCT (born neutron capture therapy), sia per la radioterapia con fasci di particelle cariche. In particolare, nel caso della BNCT, si studieranno modelli computazionali per la dosimetria e modelli di probabilità per la valutazione degli effetti, inoltre studi radiobiologici, sviluppo e test di nuove sostanze borate e veicolanti, tecniche di misura del boro, sviluppo di rivelatori, produzione e ottimizzazione dei fasci neutronici. Mentre, nel caso della radioterapia con fasci di particelle cariche, riguarderà ricerche di radiobiologia, collaudi dei fasci di protoni per la radiobiologia, ricerca sulla flash-therapy o su alte rate di dose, modelli biofisici e dosimetria computazionale su scala macroscopia e microscopica, sistemi per i piani di trattamento, radioprotezione e calcoli per le schermature, sviluppo di rivelatori per il monitoraggio del fascio e per la dosimetria, irraggiamento di materiali, componenti elettroniche e target. Entrambi questi accordi specifici rientrano nell’ambito di un accordo quadro già in essere tra l’INFN e il CNEA e ora rinnovato, al fine di proseguire nella valorizzazione dello sviluppo dei progetti congiunti e nello scambio di informazioni e di ricercatori.

 

 

 

Si è tenuto il 28 febbraio, presso la presidenza dell’INFN, l’incontro di apertura di EuAPS (EuPRAXIA Advanced Photon Sources), uno dei progetti di interesse nazionale selezionati nell’ambito del PNRR, che vede l’INFN impegnato in veste di capofila attraverso i suoi Laboratori Nazionali di Frascati. EuAPS rappresenterà una delle tappe fondamentali verso il conseguimento degli obiettivi previsti da EuPRAXIA, iniziativa europea per la realizzazione di un’infrastruttura di ricerca dedicata agli acceleratori di particelle basata su una nuova concezione di accelerazione al plasma e tecnologie laser. A promuovere il progetto, a cui sarà destinato un finanziamento pari a 22,3 milioni di euro, oltre all’INFN partecipano il CNR e l’Università degli Studi di Roma Tor Vergata.

Il progetto EuAPS prevede la realizzazione di una sorgente al plasma di radiazione di betatrone a raggi X, indotta e pilotata da laser, la quale sarà messa in funzione presso il laboratorio SPARC_LAB dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN. Questa tecnologia, in parte già collaudata, e il cui sviluppo è incluso negli obiettivi scientifici di EuPRAXIA, sarà in grado di fornire radiazione di qualità tale da diminuire il tempo di esposizione necessario agli esperimenti che ne faranno ricorso, impiegando una sorgente di dimensioni ridotte, che sfrutterà le oscillazioni dei fasci degli elettroni all’interno del plasma.

“L’obiettivo principale del progetto EuAPS”, spiega Massimo Ferrario, ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati INFN e responsabile di EuAPS, “consiste nel rendere disponibile nei tempi previsti dal PNRR una nuova sorgente di radiazione X pilotata da un acceleratore al plasma, e contemporaneamente nello sviluppare nuove tecnologie laser per le future applicazioni di EuPRAXIA”.

EuAPS si avvarrà, oltre che del contributo dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, anche di quello degli altri partner del progetto: strumenti avanzati di diagnostica dei fotoni saranno infatti sviluppati presso il CNR-ISM per caratterizzare completamente la radiazione di betatrone a raggi X, mentre l’Università di Roma Tor Vergata fornirà la stazione finale compatta e integrata per l’utente. La sezione di Milano dell’INFN offrirà invece il supporto teorico e numerico necessario al design ottimizzato dell’infrastruttura. EuAPS include inoltre lo sviluppo e la realizzazione dei laser necessari alla eccitazione dell’onda di plasma e della conseguente emissione di radiazione di betatrone. Lavoro che sarà portato avanti dai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN a Catania e dai laboratori CNR di Pisa, i quali si doteranno di nuove infrastrutture di ricerca per sviluppi scientifici ed industriali basati su laser ultraveloci.

“La realizzazione del progetto EuAPS”, illustra Antonio Falone, ricercatore INFN dei LNF e Project Manager di EuAPS, “contribuirà a consolidare la collaborazione tra gli enti di ricerca coinvolti, a potenziare le infrastrutture di ricerca dedicate e a sviluppare una comunità di utenti interessati a queste nuove sorgenti di radiazione”.

Le risorse messe a disposizione dal PNRR per EuAPS si vanno ad aggiungere a quelle stanziate a livello europeo, tramite il programma Horizon 2020, dei singoli paesi membri del consorzio EuPRAXIA, e ai fondi, circa 120 milioni di euro, per la costruzione di uno dei pilastri del progetto nei Laboratori Nazionali di Frascati, stanziati dal Governo italiano, dalla Regione Lazio e dall’INFN.

“All’interno di EuAPS confluiranno alcune delle attività di ricerca e sviluppo essenziali definite da EuPRAXIA, già individuato dalla roadmap ESFRI (European Strategy Forum Researcher Infrastructures) 2021 come un progetto d’interesse strategico per l’Europa. EuAPS sarà il primo importantissimo mattone verso la realizzazione della facility europea EuPRAXIA”, commenta Ralph Assmann, Coordinatore del progetto Europeo EuPRAXIA.

“Con EuPRAXIA e EuAPS, Frascati si conferma laboratorio d’eccellenza nel panorama mondiale della fisica e della tecnologia degli acceleratori di particelle. Queste infrastrutture non solo forniranno un avanzamento nel nostro modo di concepire gli acceleratori del futuro, sia per la fisica fondamentale che per le applicazioni in campo medicale, industriale e dei beni culturali, ma avranno un impatto economico diretto nel tessuto industriale e sociale della regione Lazio, e più in generale, del Paese”, conclude Pierluigi Campana, membro della Giunta Esecutiva dell’INFN.

Il destino dei buchi neri potrebbe essere quello di evaporare fino a dischiudere le singolarità gravitazionali altrimenti celate dall’inviolabile barriera rappresentata dall’orizzonte degli eventi, oppure assumere una forma stabile e paragonabile ai più suggestivi oggetti previsti dalla Relatività Generale di Einstein, i wormholes. È questa una delle conclusioni a cui è giunto uno studio condotto da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza e dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN), in collaborazione con una collega del Niels Bohr Institute danese, che, attraverso complesse simulazioni numeriche, ha esplorato per la prima volta, nell’ambito di una teoria della relatività generale modificata, i possibili esiti finali dell’evaporazione dei buchi neri, fenomeno previsto dal celebre fisico teorico Stephen Hawking. Il risultato, pubblicato sulla rivista Physical Review Letter, mette in evidenza l’importanza delle simulazioni numeriche (numerical relativity) per fornire nuove spiegazioni sul destino dei buchi neri, suggerendo al tempo stesso la possibilità di nuovi candidati di materia oscura formatisi alla fine della loro evaporazione nei primi istanti dell’universo.

Sebbene il regime di campo gravitazionale forte che li contraddistingue non consenta né alla materia, né alla luce, di liberarsi dalla loro oscura morsa, i buchi neri, a causa di effetti quantistici, evaporano emettendo radiazione termica in maniera continua. Descritta nel 1974 da Stephen Hawking, questa evaporazione comporterebbe il restringimento dell’orizzonte degli eventi di un buco nero, un processo non ancora osservato, il cui stadio finale rappresenta a sua volta uno dei grandi misteri della fisica teorica. La dissoluzione del buco nero potrebbe infatti non costituire l’unico esito possibile dell’evaporazione, che potrebbe cambiare drasticamente a seconda delle condizioni gravitazionali durante il processo.

“La riduzione di un buco nero”, spiega Fabrizio Corelli, ricercatore del Dipartimento di Fisica della Sapienza associato INFN e primo autore dello studio, “potrebbe comportare l’avvicinarsi dell’orizzonte degli eventi verso la singolarità gravitazionale presente al suo interno, e quindi verso regioni dello spaziotempo di curvatura sempre maggiore. È quindi inevitabile che, durante l’evaporazione di Hawking, effetti gravitazionali legati all’alta curvatura dello spaziotempo diverrebbero via via sempre più rilevanti, al punto da modificare lo stadio finale dell’evaporazione. Proprio per questo è particolarmente interessante studiare questi fenomeni in una teoria di gravità modificata come quella da noi considerata.”

Imponendo le opportune correzioni alla Relatività Generale e facendo ricorso a complesse simulazioni numeriche, i ricercatori sono stati perciò in grado di ottenere per la prima volta alcuni possibili stati finali per il processo di evaporazione dei buchi neri. Tra i risultati discussi nell’articolo apparso su Physical Review Letter, c’è quello che suggerisce la comparsa di singolarità al di fuori dei loro orizzonti degli eventi. Scenario che si pone tuttavia in contrasto con il cosiddetto principio di “censura cosmica” di Roger Penrose, il quale ipotizza come la singolarità debba essere relegata all’interno del buco nero e non possa essere in comunicazione diretta con l’esterno. Una seconda alternativa riguarda invece la trasformazione dei buchi neri in wormholes, strutture capaci di collegare punti diversi dello spaziotempo, previste sulla base di alcune soluzioni esotiche delle equazioni della Relatività Generale, ma finora mai osservate, le cui caratteristiche potrebbero consentire di spiegare l’ancora sfuggente natura della materia oscura. 

“I risultati di questo studio – conclude Paolo Pani del Dipartimento di Fisica della Sapienza e ricercatore INFN – mostrano che l’evaporazione di un buco nero in teorie con correzioni ad alta curvatura alla Relatività Generale potrebbe violare la censura cosmica. Le simulazioni evidenziano infatti come durante il processo di evaporazione le singolarità potrebbero uscire dal buco nero. Se confermato, questo implicherebbe la necessità di una teoria quantistica della gravitazione per spiegare il destino dei buchi neri. È comunque possibile che il destino dell’evaporazione di Hawking sia la formazione di un wormhole, un oggetto senza singolarità e senza orizzonte degli eventi che non evapora ulteriormente, rispettando così la congettura di Penrose. Se confermato, in questo scenario i buchi neri primordiali, formati nei primi istanti dell’universo, evaporerebbero fino a raggiungere una configurazione stabile, diventando così dei perfetti candidati per spiegare la materia oscura”.

Image Credits: NASA, ESA, and D. Coe, J. Anderson, and R. van der Marel (STScI)

Il Ministro dell’Università e della Ricerca Anna Maria Bernini si è recata il 27 febbraio in visita al CERN, il più grande e importante laboratorio di fisica delle particelle al mondo, dove nel 2012 è stato scoperto il bosone di Higgs, solo l’ultimo dei molti storici successi scientifici qui realizzati, e dove c’è tanta Italia, grazie al lavoro delle moltissime e dei moltissimi connazionali, ricercatori, ingegneri, tecnici, che provengono dalle università italiane e dall’INFN, che coordina la partecipazione dell’Italia al grande centro europeo.

“Mi piace ricordare che è possibile lavorare per l’Italia anche fuori dal nostro Paese, – sottolinea il Ministro Anna Maria Bernini – come Governo stiamo lavorando per costruire una rete positiva di scambio che ci aiuti a migliorare il sistema italiano e che rafforzi il nostro contributo alla ricerca internazionale”. “Il PNRR – prosegue Bernini – è lo strumento fondamentale per attrarre ricercatori in Italia ma anche per rafforzare la rete di scambio, per migliorare le nostre università, per far crescere la nostra competitività industriale, contribuendo allo sviluppo e al progresso del Paese”.

Il Ministro Bernini, accompagnata dalla delegazione italiana e dal presidente dell’INFN Antonio Zoccoli, è stata accolta dal direttore generale del CERN Fabiola Gianotti, e dagli altri rappresentanti scientifici e istituzionali, nel laboratorio dove si stanno mettendo a punto i nuovi magneti superconduttori per High Luminosity LHC, il progetto per il potenziamento di LHC che è previsto entrare in funzione nel 2029. La visita del Ministro è proseguita all’esperimento ATLAS, protagonista assieme a CMS della scoperta del bosone di Higgs, e successivamente nel tunnel di LHC, per concludersi al Globe, dove il Ministro ha incontrato la comunità italiana.

“È stato un onore accogliere oggi il Ministro Anna Maria Bernini al CERN, – commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN – e un piacere accompagnarla in visita in questo straordinario centro di ricerca, un posto unico al mondo, un laboratorio che è anche italiano. Qui l’Italia, con l’INFN, le sue ricercatrici e i suoi ricercatori, tra cui moltissimi giovani, è di casa fin dalla sua fondazione nel 1954. Il nostro Paese è sempre stato protagonista della storia del CERN e si è sempre distinto per il contributo di altissimo livello, scientifico e manageriale, che ha saputo portare al laboratorio stesso e a tutti i suoi principali progetti scientifici”. “La visita del Ministro – prosegue Zoccoli – è un gesto molto significativo per il CERN e in particolare per la comunità italiana che qui è impegnata a fare della ricerca scientifica un’eccellenza: riconosce l’importanza del contributo che portiamo al CERN e anche del ruolo chiave della ricerca di base per l’innovazione, il progresso, e la società”. “Ringraziamo dunque il Ministro per l’interesse dimostrato verso il nostro lavoro e i nostri laboratori, dove produciamo nuova conoscenza e innovazione tecnologica, dove i nostri giovani hanno l’opportunità di crescere e formarsi, contribuendo ai più grandi progetti scientifici e collaborando con colleghe e colleghi di tutto il mondo. Continueremo a fare scuola con la nostra esperienza e le nostre competenze, continueremo a studiare, a scoprire, a innovare, con senso di responsabilità verso la società e verso futuro”, conclude Zoccoli.

Il contributo dell’Italia al budget del CERN è pari a oltre il 10%, e gli utenti italiani del CERN sono oltre duemila.

 

 

 

 

 

 

HLC-HL: HIGH-ORDER CORRECTOR MAGNETS DELIVERED TO CERN

Sono stati consegnati al CERN i magneti correttori di alto ordine (HOCM) per High-Luminosity LHC, il progetto per il potenziamento del superacceleratore Large Hadron Collider, previsto entrare in funzione nel 2029. Gli HOCM, che sono così i primi apparati della futura macchina a concludere la produzione di serie, saranno cruciali per incrementare le prestazioni di LHC: dovranno, infatti, garantire le correzioni di campo magnetico necessarie per il funzionamento dei magneti responsabili della focalizzazione e della separazione dei fasci di protoni prima e dopo le loro interazioni in corrispondenza degli esperimenti ATLAS e CMS. È stato così raggiunto un primo fondamentale traguardo verso HL-LHC, grazie al centrale contributo dell’INFN che attraverso il Laboratorio di Acceleratori e Superconduttività Applicata (LASA) è stato impegnato nella realizzazione degli HOCM sin dalle sue fasi iniziali di sviluppo e prototipazione. 

Oltre allo sviluppo e alla realizzazione di 5 diverse tipologie di HOCM, il LASA, in collaborazione con il CERN, ha testato il funzionamento dei magneti presso la propria facility, accertando la conformità di tutti i prototipi alle specifiche di performance richieste in termini di qualità del campo magnetico generato e capacità di raffreddamento. Ciò ha consentito di dare il via alle produzioni in serie dei 54 HOCM.

Rispetto ai magneti completati in questa prima fase, l’INFN è stato inoltre responsabile della qualificazione e del controllo di tutti i passaggi richiesti per la produzione, affidata all’azienda italiana SAES RIAL Vacuum (SRV). I successivi test e le qualifiche sui magneti realizzati sono stati effettuati presso il laboratorio LASA e al CERN, dove i magneti sono infine giunti per l’integrazione. L’ultimo magnete è stato inviato al CERN il 17 febbraio 2023, rispettando la programmazione del progetto.

“Il completamento con successo del progetto HOCM è un risultato significativo per High-Luminosity LHC e non sarebbe stato possibile senza la stretta collaborazione tra mondo scientifico e industria”, sottolinea Lucio Rossi, già responsabile di HL-LHC e oggi coordinatore del Comitato INFN-Acceleratori. “Questo progetto – prosegue Rossi – è stato, infatti, frutto di un intenso e coordinato lavoro tra l’INFN, il CERN e i partner industriali, e il successo della consegna nei tempi di tutti i 54 magneti è una testimonianza della dedizione e dell’esperienza di tutte le persone coinvolte”.

“I team di SAES RIAL Vacuum e di SAES Getters”, commenta Paolo Manini, responsabile del contratto HOCM per SAES, “hanno lavorato a stretto contatto con l’INFN e il CERN per costruire e assemblare gli HOCM, assicurandosi che fossero conformi alle specifiche e agli standard di qualità richiesti. Questo progetto ha richiesto un alto livello di precisione e competenza e sono grato al nostro gruppo per il duro lavoro e la dedizione. Sono estremamente orgoglioso del successo della nostra collaborazione con l’INFN e il CERN. Il completamento di questo progetto non solo segna una pietra miliare significativa per il progetto HL-LHC, ma ci ha anche permesso di sviluppare know-how e di espandere la nostra attività nel campo dei magneti superconduttori”.

“Mi ritengo fortunato e sono fiero per avere guidato questo progetto e di aver lavorato al fianco di tanti talenti del settore”, commenta Marco Statera, ricercatore INFN della Sezione di Milano coordinatore del progetto HOCM. “Ora sono impaziente di vedere realizzato il progetto HL-LHC e i molti altri importanti sviluppi che porterà nel campo della fisica degli acceleratori. Il risultato che abbiamo raggiunto testimonia che la collaborazione tra partner scientifici e industriali nel perseguire un obiettivo comune è motore di innovazione e progresso, che molto spesso si spinge ben oltre l’ambito della ricerca scientifica”.

“È particolarmente degno di nota il fatto che la produzione di tutti i 54 magneti sia stata completata entro i tempi previsti, siamo grati a tutti coloro che hanno contribuito a questa impresa”, commenta Oliver Brunig, responsabile del progetto HL-LHC. “E siamo anche molto soddisfatti che il progetto HOCM abbia aperto per la SAES nuove opportunità commerciali nel settore dei magneti superconduttori: questo evidenzia, ancora una volta, il potenziale di trasferimento tecnologico e i benefici economici che derivano dalla ricerca scientifica di base”.

Si è chiusa con un successo l’attività di ricerca e sviluppo condotta nell’ambito di FIRE, progetto dedicato allo sviluppo di rivelatori innovativi a supporto delle terapie radioterapiche finanziato dall’INFN, che ha visto la collaborazione, insieme allo stesso INFN, dell’Istituto per la microelettronica e i microsistemi (IMM) e dell’Istituto superconduttori materiali innovativi e dispositivi (SPIN) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), e delle Università di Bologna, Federico II di Napoli, Roma Tre, Padova e Trento. Il lavoro svolto dai ricercatori ha infatti consentito di sviluppare un rivelatore di protoni flessibile ed economico, la cui efficacia nel monitorare la dose di radiazione incidente è stata testata su fantoccio al laboratorio LABEC dell’INFN a Firenze. I risultati della sperimentazione sono stati pubblicati sulla rivista Nature, all’interno della serie NPJ Flexible Electronics. Se anche futuri trial clinici condotti su pazienti dovessero dare esito positivo, il dosimetro, realizzato interamente con materiale organico, consentirà di misurare in tempo reale la quantità di radiazioni rilasciata sulle cellule tumorali dai fasci di protoni impiegati in radioterapia, massimizzando l’effetto e riducendo eventuali effetti indesiderati delle terapie.

In caso di tumori al retto o alla prostata la radioterapia con fasci di fotoni o di particelle cariche di alta energia viene comunemente utilizzata in combinazione con la chemioterapia, prima e a volte anche dopo l’intervento chirurgico, con grande efficacia. In particolare, nel caso della protonterapia, un fascio di protoni viene indirizzato sul tumore con lo scopo di danneggiare il DNA delle cellule tumorali impedendone la replicazione. Un aspetto cruciale dei piani di terapia è il controllo della dose della radiazione utilizzata, che deve essere sufficiente a distruggere le cellule tumorali, ma non così elevata da danneggiare i tessuti sani vicini alla regione trattata. È perciò di fondamentale importanza monitorare la quantità di protoni somministrata al paziente in tempo reale. 

Grazie alle sue dimensioni ridotte e alla sua flessibilità, che ne rendono estremamente semplice l’applicazione su ogni parte del corpo, il rivelatore di protoni FIRE potrà essere utilizzato in ambiti diversi, che si estendono dalla dosimetria medica fino alle applicazioni spaziali. “Nel lavoro pubblicato”, spiega Beatrice Fraboni, ricercatrice INFN e docente dell’Università di Bologna, responsabile nazionale del progetto FIRE, “ci siamo concentrati sul monitoraggio in tempo reale delle dosi di radiazione incidenti durante le sessioni di protonterapia su tessuti malati e sui tessuti sani limitrofi. Dati che risultano cruciali per la corretta calibrazione del trattamento terapeutico e per

preservare la funzionalità di organi limitrofi al tumore, basti pensare ai casi di trattamento tramite protoni del tumore alla prostata, in cui organi limitrofi come il retto possono risultare seriamente danneggiati. Le caratteristiche del rivelatore si adattano inoltre a un suo futuro impiego nello spazio,

dove potranno essere monitorate le dosi di radiazioni cosmiche dannose assorbite dagli astronauti”, conclude Fraboni.

“Il dispositivo è stato realizzato utilizzando materiali completamente organici, cioè per lo più a base di carbonio, idrogeno e ossigeno”, spiega Paolo Branchini, ricercatore INFN, che insieme al gruppo del CNR-IMM guidato dal ricercatore Luigi Mariucci ha coordinato il lavoro dei partner di Roma. “Come substrato si è usato un polimero elastomerico: in questo modo si è ottenuto un dispositivo flessibile, poco costoso e facile da realizzare. Lo studio delle interazioni e gli accoppiamenti tra i materiali utilizzati per la realizzazione del rivelatore giocano un ruolo fondamentale nello sviluppo di sensori sempre più performanti”, conclude Branchini.

“Tutti gli elementi che compongono il dispositivo, i semiconduttori organici, i polimeri e i contatti elettrici, devono rimanere stabili nel tempo e non degradarsi durante l’irraggiamento, un requisito assai stringente per molti materiali inorganici comunemente utilizzati per realizzare dispositivi elettronici”, aggiunge Sara Maria Carturan, docente dell’Università di Padova e ricercatrice INFN, coordinatrice dell’attività di sintesi e sviluppo dello scintillatore elastomerico, presso i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN. “I rivelatori proposti mantengono le funzionalità inalterate sotto fasci di protoni ad alta energia grazie all’utilizzo di materiali ibridi organico/inorganico con caratteristiche chimiche e fisiche modificabili in funzione del loro utilizzo”.

“Il rivelatore ha dimostrato ottime capacità di rivelare in tempo reale irraggiamenti protonici intensi, come quelli utilizzati in protonterapia, mostrando, un’eccellente stabilità elettronica e resistenza alla radiazione ionizzante. I sensori sono infatti già stati testati in condizioni operative reali presso il Laboratorio di tecniche nucleari per l’Ambiente e i Beni Culturali (LABEC) dell’INFN, utilizzando la strumentazione e le condizioni di lavoro impiegate nei protocolli medici di protonterapia, e inserendoli all’interno di fantocci di forme antropomorfe che simulano in 3D le parti del corpo umano su cui verrà effettuato il trattamento”, concludono Alberto Aloisio, docente dell’Università Federico II di Napoli, ed Ettore Sarnelli, ricercatore dell’Istituto CNR-SPIN di Pozzuoli, entrambi della Sezione INFN di Napoli.

Finanziato dalla Commissione Scientifica Nazionale 5 dell’INFN, che si occupa di ricerca tecnologica per favorire gli sviluppi applicativi delle tecnologie nate dalla ricerca fondamentale in fisica delle particelle, il progetto FIRE si concentra sullo sviluppo di una nuova generazione di dispositivi elettronici a base di materiali organici e flessibili per la rivelazione di radiazione ionizzante. “Da sempre l’INFN è impegnato nelle ricerche legate alla fisica medica, e in particolare allo sviluppo di tecnologie innovative per la diagnostica e la terapia dei tumori”, racconta Alberto Quaranta, Presidente della Commissione 5 dell’INFN, docente dell’Università di Trento e ricercatore dell’Istituto INFN di Fisica Fondamentale e Applicazioni di Trento (TIFPA). “Nel caso di FIRE, i rivelatori realizzati non solo presentano maggiori sensibilità e resistenza alla radiazione rispetto ai dispositivi convenzionali ma, cosa più importante, permettono l’analisi in tempo reale della dose rilasciata dalle radiazioni. Questa ultima caratteristica costituisce un passo avanti di enorme importanza rispetto ai sistemi attualmente utilizzati nel controllo delle terapie cliniche. Dispositivi di questo tipo potranno diventare molto presto uno strumento prezioso di supporto per la definizione dei piani terapeutici e per la sicurezza e la radioprotezione dei pazienti oncologici. Oltre a finanziare il progetto, l’INFN ha svolto un ruolo centrale nelle attività di ricerca attraverso le sezioni di Bologna, Firenze, Napoli, Padova e Roma3, i Laboratori Nazionali di Legnaro e il TIFPA”.  

Per consultare l’articolo: https://www.nature.com/articles/s41528-022-00229-w.epdf?sharing_token=GC3bvYfZeFGSwDqHs7u0WdRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0NQAVh3WTLw4yZ8HZdl35BjDgs4FJ1XLrhpH3WO4intRXe9mjHfHXnsY8Fy9HLNbPhokRRRTpy7QW3DyrCmjQ2c1hSCBbf8zBdWsYEcSur5E1F1gHXtPEVHQtaWH9CGBrw%3D

Quindici anni di attività di Borexino hanno permesso di conoscere, con un dettaglio senza precedenti, i meccanismi che alimentano il Sole. Per celebrare i molti traguardi scientifici raggiunti dall’esperimento, attivo nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’INFN tra il 2007 e il 2021, e ripercorrere le fasi salienti dello studio della nostra stella dall’antichità ai giorni nostri, i Laboratori hanno organizzato un grande evento trasmesso in diretta su YouTube ieri, 22 febbraio, a cui hanno partecipato quasi 3000 studenti e studentesse di tutta Italia.
Borexino ha osservato i neutrini provenienti dalla nostra stella, attraverso un sistema di rivelazione avanzatissimo, permettendo così di conoscere meglio entrambi i processi che alimentano il Sole: la catena protone-protone e il ciclo CNO (carbonio-azoto-ossigeno). Grazie agli eccezionali livelli di radiopurezza raggiunti, nel corso degli anni Borexino non si è limitato a raggiungere gli obiettivi per cui era stato costruito ma è anche riuscito a ottenere notevoli risultati di valore nell’ambito della geofisica: ha osservato per la prima volta i geoneutrini prodotti dai processi di decadimento radioattivo di uranio e torio distribuiti nel mantello terrestre.
L’evento, dal titolo “Neutrini solari e massimi sistemi”, è stata così l’occasione per raccontare alle migliaia di ragazzi e ragazze collegate che cosa sono i neutrini, perché sono utili per conoscere meglio come funzionano le stelle, di Borexino e di come sia riuscito a ottenere i grandi risultati grazie ai quali ha conquistato anche le copertine delle principali riviste scientifiche internazionali. Risultati che hanno confermato i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN come un laboratorio di avanguardia nel campo della fisica neutrini.
A dare il via all’incontro, introdotto e moderato da Ezio Previtali, direttore dei LNGS-INFN, è stato un intervento storico di Lucio Russo, fisico, matematico e storico della scienza. La giornata è poi proseguita con i contributi dei ricercatori INFN Francesco Vissani e Nicola Rossi, che hanno descritto il ruolo dei neutrini nella comprensione dei meccanismi che alimentano le stelle e il funzionamento dell’esperimento Borexino, e si è conclusa con una sessione di interventi dedicati alla comunità scientifica, che hanno tracciato il passato, il presente e il futuro dell’attività di ricerca nello studio dei neutrini solari e nel campo dell’astrofisica ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN.