Categoria: infn-it

Nota Stampa – Anna Grassellino, direttrice del Centro SQMS Superconducting Quantum Materials and Systems Centre del Fermilab, è stata insignita del Breakthrough New Horizons Prize “per la scoperta di importanti miglioramenti delle prestazioni delle cavità a radiofrequenza superconduttive al niobio, con applicazioni che vanno dalla fisica degli acceleratori ai dispositivi quantistici”.

“Sono onorata di ricevere questo prestigioso premio dalla Breakthrough Foundation”, commenta Anna Grassellino. “Ringrazio il DOE Dipartimento dell’Energia – Office of Science degli Stati Uniti per il supporto alla mia carriera scientifica, che mi ha consentito di lavorare alla frontiera della scienza. Dai più grandi acceleratori di particelle ai dispositivi quantistici, ho avuto l’opportunità di contribuire all’avanzamento di tecnologie che apriranno nuovi orizzonti scientifici. E sono grata al mio gruppo di lavoro al Fermilab, ai miei collaboratori al centro SQMS tra cui l’INFN, con cui continueremo a fare importanti scoperte”, conclude Grassellino. 

“Congratulazioni ad Anna per questo nuovo importante riconoscimento al suo merito scientifico e manageriale, e al suo lavoro alle frontiere della ricerca scientifica e tecnologica”, commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Il contributo che Anna ha portato al campo della fisica degli acceleratori prima, e che sta portando ora al settore del calcolo quantistico, infatti, può aprire a nuovi scenari sia nella ricerca in fisica fondamentale, sia in ambiti applicativi di interesse e potenziale grande impatto per la società”, conclude Zoccoli.

Anna Grassellino è la direttrice del National Quantum Information Science Superconducting Quantum Materials and Systems Center, ricercatrice senior al Fermilab di Chicago e capo della divisione SQMS del Fermilab.
Grassellino è nata Marsala e ha studiato ingegneria elettronica all’Università di Pisa. Ha iniziato la sua carriera all’INFN e ha poi conseguito il dottorato di ricerca presso l’Università della Pennsylvania prima di entrare a far parte del Fermilab nel 2012.
La sua ricerca si concentra sulla tecnologia a radiofrequenza superconduttiva, nota come SRF, al cuore dei moderni acceleratori di particelle, in particolare sulla comprensione e sul miglioramento delle prestazioni delle cavità SRF per consentire nuove applicazioni che vanno dagli acceleratori di particelle ai rivelatori, alla scienza dell’informazione quantistica.
Grassellino è membro dell’American Physical Society e ha ricevuto numerosi premi per i suoi contributi pionieristici alla tecnologia SRF, come la scoperta del doping con azoto, una tecnica che aumenta notevolmente l’efficienza delle cavità SRF. Tra i riconoscimenti ricevuti il Presidential Early Career Award 2017, il Frank Sacherer Prize 2017 della European Physical Society, il 2016 IEEE PAST Award, il Premio USPAS 2016 e un premio DOE Early Career.

La tecnologia dei superconduttori è anche una caratteristica unica del Centro SQMS, uno dei cinque centri quantistici del DOE Department of Energy degli Stati Uniti, che sono stati istituiti nel 2020 grazie a un ingente investimento del Governo statunitense. Il Centro SQMS ha l’ambizioso obiettivo di progettare e costruire il più potente computer quantistico mai realizzato, uno sforzo collaborativo che coinvolge 20 istituzioni tra cui l’INFN, unico partner non statunitense. Una delle sfide fondamentali che la ricerca del Centro SQMS affronterà è come estendere la durata dei qubit, gli elementi costitutivi dei computer quantistici. Le cavità SRF, originariamente sviluppate per gli acceleratori di particelle, hanno già trovato impiego con successo nel settore dell’informatica quantistica, dimostrando di essere efficaci nell’estensione della vita dei qubit. Inoltre, il Centro SQMS svilupperà nuovi sensori quantistici, che potrebbero portare alla scoperta della natura della materia oscura e di altre particelle subatomiche sfuggenti. Nell’ambito del progetto, l’INFN realizzerà nei suoi Laboratori Nazionali del Gran Sasso un laboratorio per i test dei qubit in ambiente a bassissima radioattività. I progressi nell’informatica quantistica potrebbero portare a rivoluzioni nella fisica delle particelle e anche in altri campi, tra cui biologia, medicina, energia, finanza e sicurezza. Il Centro SQMS è ospitato presso il Fermilab, riunisce esperti di livello mondiale provenienti da varie istituzioni, tra cui la Northwestern University, l’Ames Laboratory, il National Institute of Standards and Technology, Rigetti Computing e l’INFN, che collabora con il Fermilab da più di 40 anni.

Al via la IV edizione del progetto europeo dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in collaborazione con il CERN rivolto alle scuole secondarie di II grado per promuovere le discipline STEAM tra i giovani e avvicinarli al mondo della ricerca attraverso il linguaggio dell’arte.

Studenti e studentesse del secondo, terzo e quarto anno delle scuole secondarie di II grado sono invitati a iscriversi all’edizione 2022-2024 del progetto Art&Science Across Italy, che dalla prima edizione del 2016 porta la ricerca scientifica nelle scuole e che finora ha coinvolto oltre 10.000 giovani da tutta Italia.

Il progetto Art&Science Across Italy, organizzato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in collaborazione con il CERN, si pone l’obiettivo di coinvolgere le ragazze e i ragazzi nel mondo della ricerca scientifica, coniugando i linguaggi della scienza con quelli dell’arte e andando incontro a diverse attitudini e interessi individuali. Il progetto si svolge su due anni scolastici e prevede tre fasi: la prima è una fase formativa in cui sono organizzati seminari, workshop e visite a musei e laboratori; la seconda fase prevede la realizzazione da parte di studenti e studentesse di opere artistiche ispirate agli argomenti scientifici trattati nelle lezioni; infine, le opere realizzate vengono esposte e premiate in mostre regionali e le più significative sono raccolte nella mostra nazionale, evento conclusivo di ciascuna edizione. Nella mostra nazionale una giuria di esperti stila una classifica e gli otto gruppi vincitori (24 studenti) ricevono una borsa di studio, istituita grazie al contributo di Radio Kiss Kiss, che è anche media partner del progetto, per partecipare a un master sul rapporto tra arte e scienza presso il CERN a Ginevra e/o i laboratori dell’INFN in Italia.

Gli incontri della fase formativa e le mostre sono organizzati localmente a livello regionale dalle Sezioni dell’INFN e dalle Università di riferimento. In particolare, all’edizione 2022-2024 aderiscono le sedi di Bari, Biella, Bologna, Cagliari, Ferrara, Firenze, Frascati, Genova, L’Aquila, Lecce, Matera, Milano, Napoli, Padova, Perugia, Pisa, Potenza, Roma, Torino, Trieste, e Venezia.

Tutte le scuole italiane possono iscriversi entro fine ottobre attraverso il portale https://artandscience.infn.it/area-referenti/ scegliendo una delle città di riferimento.

Si comincerà a fine novembre 2022 con una serie di quattro seminari online a livello nazionale che daranno il via a tante attività locali presso le scuole, i laboratori INFN e le università coinvolte. Seminari, visite a musei e ai laboratori scientifici, incontri con scienziati e artisti, proiezioni di film e documentari e altre attività si svolgeranno nel periodo compreso tra dicembre 2022 e maggio 2023, momento in cui si aprirà la fase creativa del progetto durante la quale gli studenti, divisi a gruppi, lavoreranno alla loro opera per raccontare la scienza.

Da quest’anno, Radio Kiss Kiss è la radio ufficiale del progetto Art&Science Across Italy. Da sempre attenta al mondo dei giovani, la radio seguirà e sosterrà l’intero percorso degli studenti in tutte le fasi di selezione con interviste e spazi dedicati e contribuirà all’istituzione delle 24 borse di studio destinate ai vincitori per partecipare al Master presso il CERN di Ginevra e/o i laboratori dell’INFN in Italia.

III edizione:
All’edizione 2020-2022 di Art&Science Across Italy hanno partecipato più di 6000 studenti e studentesse, da 140 scuole di 10 regioni, dove il progetto è coordinato da alcuni ricercatori e ricercatrici delle sezioni INFN e delle Università locali. Le studentesse e gli studenti hanno realizzato un totale di circa 1200 opere che sono state esposte in 12 mostre nelle città di Bari, Genova, Frascati, Lecce, Milano, Napoli, Nuoro, Padova, Pisa, Potenza, Roma e Torino. La mostra nazionale si è tenuta al Museo Archeologico Nazionale di Napoli – MANN e i vincitori e le vincitrici della competizione nazionale hanno partecipato a un master di una settimana al CERN a settembre 2022.

Partner:
L’edizione 2022-2024 del progetto Art&Science Across Italy, realizzato da una collaborazione tra INFN e CERN, è sponsorizzata da Radio Kiss Kiss e CAEN e si avvale di un finanziamento della comunità europea attraverso il progetto “Playing with Protons Goes Digital” e del contributo dell’Università Federico II di Napoli e della Fondazione Edo ed Elvo Tempia.

Maggiori informazioni: https://artandscience.infn.it/

Lunedì 12 settembre, Mario Nicodemi, coordinatore del Gruppo Teorico dell’INFN di Napoli e Professore Ordinario dell’Università Federico II di Napoli, è stato insignito della medaglia Giuseppe Occhialini per la fisica nel corso di una cerimonia di premiazione svoltasi durante il 108° Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (SIF) a Milano. Conferito con frequenza annuale dalla SIF e dall’Istituto di Fisica del Regno Unito (IOP), il prestigioso riconoscimento premia gli scienziati che lavorano in Italia e che si sono maggiormente distinti per le loro ricerche negli ultimi dieci anni di attività. A motivare l’assegnazione dell’edizione 2022 del premio, del valore di 3.000 euro, gli innovativi e fondamentali contributi forniti da Mario Nicodemi alla comprensione dei meccanismi che determinano la struttura spaziale dei cromosomi e del suo ruolo nella regolazione dell’espressione dei geni, con un lavoro alla frontiera tra la fisica, la biologia e la genetica.

Il premio è stato istituito congiuntamente dalla SIF e dalla IOP nel 2007, in occasione del centenario della nascita di Giuseppe Occhialini, scienziato di origine marchigiane protagonista della fisica del secondo ’900, con l’obiettivo di commemorare il suo lavoro e la sua memoria e di rafforzare al contempo i rapporti tra le due Istituzioni. Ispirata all’internazionalismo e all’eclettismo che hanno sempre contraddistinto il lavoro di Occhialini, che ha svolto la maggior parte delle sue ricerche in Italia e Inghilterra, l’iniziativa ha premiato nel corso degli anni sia scienziati italiani che Inglesi, impegnati nei diversi settori della fisica. Non stupisce quindi che il tipo di ricerche premiate quest’anno appartengano a uno dei campi emergenti della fisica, caratterizzato da una profonda interdisciplinarità, in cui convergono elementi di fisica teorica, di biologia molecolare e di genetica.

“Sono onorato di aver ricevuto questo importante riconoscimento”, ha commentato Mario Nicodemi, “che va a premiare un’area di ricerca veramente nuova della fisica, alla frontiera con la biologia molecolare. Quest’ultima ha infatti subito negli anni una profonda trasformazione e ci mette oggi a disposizione dati sperimentali altamente quantitativi. Tale evoluzione ha aperto la strada a noi fisici sia sotto l’aspetto sperimentale, sia dal punto di vista teorico, che mi compete direttamente. Il DNA, per esempio, è un polimero la cui struttura può essere studiata tramite le leggi fondamentali della fisica al fine di elaborare modelli che consentano di prevedere come i cromosomi si ripieghino spazialmente per regolare l’attività dei geni e determinare l’impatto di perturbazioni, come mutazioni, nell’insorgere di malattie come disordini congeniti o cancro.”

L’INFN sta investendo nel campo delle applicazioni della fisica alle scienze della vita, avendone colto le grandi potenzialità, così come in altri settori nati dalla commistione di diverse discipline. L’ente è all’avanguardia, nel contesto internazionale, anche su questi temi, seppure lontani da quelli tradizionali della fisica nucleare e subnucleare.

“L’INFN ha sostenuto questo genere di ricerche, dimostrando di avere una visione scientifica di grande respiro, tant’è che già da una quindicina di anni esiste una iniziativa specifica della Commissione Scientifica Nazionale dell’Istituto dedicata alla fisica teoria (Commissione Nazionale 4), che coordino a livello nazionale, focalizzata sull’utilizzo dei metodi della fisica teorica nel campo della biologia”, conclude Nicodemi. 

Un nuovo accordo per rafforzare la collaborazione tra Italia e Sud Africa nel campo della fisica nucleare e delle sue applicazioni: oggi, 12 settembre, a Città del Capo l’INFN e la National Research Foundation (NRF), con iThemba Laboratory for Accelerator Based Science, hanno siglato un MoU Memorandum of Understanding tra i due istituti. L’accordo di collaborazione è stato firmato dal vicepresidente dell’INFN, Marco Pallavicini, per conto del presidente dell’Istituto Antonio Zoccoli, e dal vice CEO della NRF Clifford Nxomani.

Il MoU prevede di consolidare la cooperazione tra iThemba e INFN, con i suoi Laboratori Nazionali di Legnaro e del Sud, nell’ambito della produzione e dello studio di ioni pesanti, favorendo la mobilità di ricercatori, strumenti e materiali tra i due istituti. In particolare, l’attenzione è rivolta alle ricerche nel campo della fisica e dell’astrofisica nucleare, e allo studio e sviluppo di acceleratori per la produzione di radioisotopi per la medicina, come il ciclotrone SPES e il progetto FRAISE, in fase di realizzazione rispettivamente presso i Laboratori Nazionali di Legnaro e del Sud dell’INFN.

L’accordo è stato firmato alla presenza del Direttore Generale dell’INFN Nando Minnella e del componente della giunta esecutiva Diego Bettoni.

“La firma di questo accordo, che rafforza ulteriormente la dimensione internazionale dell’INFN, è di fondamentale importanza per la continuazione della collaborazione con iThemba LABS in settori di attività strategici per l’Istituto e per i programmi di ricerca dei nostri Laboratori Nazionali,” racconta Bettoni.

Fisica dei neutrini: un nuovo articolo pubblicato di recente sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters dimostra la validità della tecnologia impiegata dall’esperimento CUPID-0, attivo presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, nella caccia di un fenomeno rarissimo noto come “doppio decadimento beta senza emissione di neutrini” che, se osservato, confermerebbe che il neutrino è una particella di Majorana, ovvero coincide con la sua antiparticella.
Questo fenomeno potrebbe però essere così raro, che la radioattività ambientale sarebbe sufficiente a comprometterne l’osservazione: i raggi cosmici, ma anche la radioattività naturale delle pareti rocciose del laboratorio e dei materiali, che costituiscono gli esperimenti, potrebbero imitare il segnale cercato impedendone l’osservazione.
Per questo motivo la dimostrazione dell’efficacia tecnologica di CUPID-0 è un grande passo avanti verso l’osservazione del rarissimo decadimento.
Attivo dal 2017 al 2020 nel “silenzio cosmico” dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, dove la roccia permette di sopprimere il “rumore” generato dai raggi cosmici di circa un fattore un milione, CUPID-0 è un rivelatore di circa 10 kg costituito da bolometri scintillanti, cioè rivelatori operanti a una temperatura di appena 0.01 gradi sopra lo zero assoluto (-273,14 °C). Nonostante le modeste dimensioni del rivelatore, al cospetto di veri e propri giganti del settore, l’esperimento ha raggiunto livelli di sensibilità che dimostrano le grandi potenzialità della tecnica bolometrica utilizzata e portato alla costituzione di una più ampia collaborazione internazionale, CUPID, impegnata a realizzare un rivelatore sulla scala di una tonnellata basato su questa metodologia, sviluppata per la prima volta da ricercatori dell’INFN.
“Quando circa 15 anni fa un gruppo di giovanissimi ricercatori e studenti cominciarono a fare le prime misure non avremmo mai immaginato che un giorno si sarebbe potuta formare una collaborazione internazionale che avrebbe proposto un esperimento da decine di milioni di euro come CUPID, basato sulla tecnica che stavamo sviluppando come sfida tecnologica,” dichiara Stefano Pirro, spokesperson dell’esperimento CUPID-0 e ricercatore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
L’innovazione principale di CUPID-0 è stata l’aggiunta di un rilevatore di luce a ciascun bolometro (bolometri scintillanti), consentendo di identificare e scartare la maggior parte degli eventi di fondo nella regione di interesse per la ricerca del doppio decadimento beta senza neutrini dell’isotopo del Selenio (Se-82).

Partecipano all’esperimento circa 50 ricercatori di diverse istituzioni nazionali e internazionali e di altre strutture INFN, quali i Laboratori Nazionali di Legnaro e le sezioni di Roma, Milano e Genova.

Il 17 settembre sarà inaugurato al centro comunale d’arte e cultura “Il Ghetto” di Cagliari la prima edizione del festival “GravitasFest”, realizzato dalla Sezione di Cagliari dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). 

“Oltre il senso comune”, è questo il tema della prima edizione di “GravitasFest”, un festival scientifico multidisciplinare che abbraccia temi come la fisica contemporanea, la filosofia e la storia della scienza, l’arte e la sociologia. Nei due giorni del festival, 17 e 18 settembre, la sala comunale d’arte e cultura “Il Ghetto”, in via Santa Croce 18 a Cagliari, sarà teatro di laboratori, tavole rotonde, spettacoli interattivi e mostre.

Organizzato e promosso dalla sezione di Cagliari dell’INFN, il “GravitasFest” chiude una serie di attività divulgative e didattiche dedicate a studenti e studentesse delle scuole secondarie di II grado svolte nell’anno scolastico 2021-2022. Le mostre, in particolare, sono state realizzate in collaborazione con gli studenti e le studentesse che hanno partecipato al progetto “Gravitas”, promosso dalla sezione di Cagliari dell’INFN in collaborazione con il Dipartimento di Fisica e il Piano Lauree Scientifiche Fisica dell’Università degli studi di Cagliari (Unica).

Il programma del festival è stato presentato in occasione di un evento il 7 settembre a Cagliari, al Bar Florio di Piazza San Domenico. Oltre alle mostre e i laboratori didattici, il ricco calendario delle due giornate prevede eventi e discussioni in tono informale e affascinante su buchi neri e onde gravitazionali, vita fuori dalla Terra, teletrasporto quantistico, materia ed energia oscura, rapporto tra scienza e filosofia e tra scienza e industria culturale, gravità quantistica, filosofia del digitale, nuove scienze storia della scienza e sua evoluzione nei secoli, e di molto altro ancora.

Ci sarà inoltre spazio per laboratori e spettacoli al confine tra arte e scienza. Tra questi, il 17 settembre alle 21.30 Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN, presenterà il monologo musicale illustrato “Dante e la Scienza moderna” in compagnia dell’attore Stefano Sabelli, delle illustrazioni di Luca Ralli e delle note al pianoforte di Claudio Mosca. Per il 18 alle 19.00, invece, è previsto lo spettacolo “Tacchini e raggi di luce – storie di incroci tra scienze e filosofia” di Gaia Contu, divulgatrice, youtuber e filosofa della scienza.

Partner del festival

Il “GravitasFest” è organizzato e promosso dalla sezione di Cagliari dell’INFN e realizzato con il sostegno e il patrocinio di INFN, Unica, il Dipartimento di Fisica e il Piano Lauree Scientifiche Unica e del Comune di Cagliari, in collaborazione con “Il Ghetto”, l’Associazione culturale IDeAS, l’Osservatorio Astronomico di Cagliari e la sezione di Cagliari dell’Istituto Nazionale di Astrofisica.

Maggiori informazioni

Sito web: https://dark.infn.it/gravitas/

Canale Youtube INFN Cagliari: https://www.youtube.com/channel/UCbj8ovQ_fbqR6luQ_jK-wfQ

Pagina Facebook INFN Cagliari: https://www.facebook.com/INFNCagliari

L’italiano Giuseppe Ruggiero, ricercatore all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e professore associato all’Università di Firenze, è stato eletto nuovo spokesperson della collaborazione NA62, esperimento ospitato al CERN, di cui, a partire da ottobre 2022, sarà alla guida per i prossimi 3 anni.

“È per me un onore coordinare una collaborazione che è riuscita con successo a imporsi nel panorama internazionale con un programma di fisica di frontiera. Considero la mia elezione il giusto riconoscimento all’enorme mole di lavoro che l’Italia e l’INFN ha fatto nell’ambito di NA62 e di cui costituisce una componente predominante”, commenta Giuseppe Ruggiero. “Attualmente, NA62 è di fronte a una duplice sfida: da un lato un programma di fisica ben definito e ambizioso da raggiungere prima del long shutdown 3 del CERN, dall’altro un progetto di upgrade dell’esperimento per continuare ed espandere un programma di fisica, quella del sapore del quark strano, che sempre più si sta rivelando uno degli strumenti più sensibili a effetti di fisica oltre il Modello Standard. Conoscendo l’eccellenza dei nostri collaboratori, sono sicuro che lavorando in modo coeso riusciremo a raggiungere tutti questi obiettivi”, conclude Ruggiero.

Scopo principale di NA62 è la misura del decadimento del kaone carico in un pione carico e in una coppia neutrino-antineutrino, uno dei fenomeni rari previsto dal Modello Standard, la teoria che descrive le interazioni tra particelle fondamentali, la quale prevede con precisione come questa particolare trasformazione si verifichi circa una volta ogni dieci miliardi di decadimenti del kaone carico. Oltre a fornire un test di precisione per il Modello Standard, le misure di NA62 potranno perciò indicare la presenza di effetti di nuova fisica in modo complementare alla ricerca effettuata da LHC.

Giuseppe Ruggiero è ricercatore INFN e professore associato di fisica sperimentale delle particelle elementari presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze. In passato è stato ricercatore alla Scuola Normale Superiore, staff di ricerca al CERN e Lecturer e Research Fellow presso l’Università di Lancaster in UK. Ha iniziato l’attività scientifica nei primi anni 2000 al CERN con l’esperimento NA48. Ha lavorato quindi alla progettazione e alla simulazione di NA62 ed è autore della ricostruzione dello spettrometro a camere a straw. In seguito, ha lavorato all’analisi dati dell’esperimento realizzando la misura del decadimento del kaone carico in pione neutrino anti-neutrino, di cui è stato coordinatore dell’analisi. Ruggiero ha anche ricoperto il ruolo di coordinatore della fisica di NA62 dal 2010 al 2018, ed è stato vice-spokesperson della collaborazione dal 2018 fino alla sua recente elezione al ruolo di spokesperson.

L’intelligenza artificiale, sempre più pervasiva in ogni ambito della nostra vita, potrebbe così diventare tra non molti anni uno strumento decisivo anche le future sfide dell’astronomia multimessaggera. Nei prossimi decenni, infatti, telescopi e antenne sulla Terra e nello spazio riusciranno sempre più spesso a fare osservazioni coordinate e a registrare in parallelo segnali di diversa natura generati dallo stesso fenomeno cosmico: onde elettromagnetiche di differenti frequenze, dalle onde radio fino ai potentissimi lampi gamma, ma anche onde gravitazionali, neutrini o altre particelle cosmiche.

In realtà fino ad oggi esiste un’unica osservazione di questo tipo, avvenuta il 17 agosto 2017. Quel giorno il segnale gravitazionale emesso dalla fusione di due stelle di neutroni catturato dagli interferometri LIGO negli Stati Uniti e Virgo in Italia, e il successivo riscontro di un lampo gamma osservato dal satellite Fermi resero possibile per la prima volta una campagna osservativa multimessaggera che coinvolse oltre 70 telescopi e osservatori su tutto il pianeta. Con i prossimi cicli di osservazioni di LIGO e Virgo, e ancor più in futuro grazie alle nuove generazioni di antenne gravitazionali come Einstein Telescope in Europa e Cosmic Explorer negli USA, e di telescopi elettromagnetici come CTA o il Webb Telescope appena messo in orbita, l’osservazione parallela di onde gravitazionali, raggi gamma e possibilmente neutrini potrebbe diventare routinaria, con la possibilità di rivelare più di un evento multimessaggero al giorno.

“In questo scenario, molti dati di natura diversa saranno registrati quasi simultaneamente e dovranno essere analizzati ed elaborati il più rapidamente possibile per coordinare le osservazioni e soprattutto studiare i fenomeni astrofisici che li hanno generati”, spiega Elena Cuoco, ricercatrice di EGO European Gravitational Observatory, della Scuola Normale Superiore di Pisa e associata all’INFN. “L’intelligenza artificiale potrebbe giocare un ruolo decisivo se saremo in grado di addestrare degli agenti intelligenti in grado di analizzare, quasi in tempo reale, i segnali generati da un unico evento astrofisico multimessaggero, identificandolo e descrivendone le caratteristiche fisiche con estrema rapidità”.

Per questo il gruppo di ricerca, coordinato dalla stessa Cuoco, ha proposto un approccio detto ‘multimodale’, che è utilizzato in molte applicazioni di intelligenza artificiale (IA), in grado di integrare informazioni e segnali di natura diversa, come immagini, suoni, testi. Sono di questo tipo le IA dei robot che analizzano simultaneamente input visivi, sonori e di differenti sensori per orientarsi e muoversi nello spazio, o le applicazioni che per interpretare le intenzioni o i discorsi di una persona incrociano le informazioni che ricavano dalle espressioni del viso, dal timbro della voce oltre che dal contenuto letterale di ciò che viene detto.

“Nel nostro caso – prosegue Cuoco – possiamo rappresentare pezzi di informazione derivanti da diversi segnali fisici nella forma di visualizzazioni 3D, diagrammi di frequenze, immagini o segnali audio, che i programmi imparano a interpretare e integrare, per identificare in tempo reale le caratteristiche delle sorgenti. I test che abbiamo fatto su campioni di eventi astrofisici simulati indicano che questa direzione è percorribile e i primi risultati sembrano incoraggianti”.

Naturalmente questa prospettiva apre sfide impegnative legate agli aspetti di calcolo e alla condivisione su un’unica piattaforma informatica, in modo quasi istantaneo, dei dati e dei risultati di gruppi e istituzioni di ricerca di tutto il mondo.

“La scelta delle istituzioni di ricerca di garantire un accesso libero e universale ai propri dati, il cosiddetto open access, è l’unica via che ci consente di sviluppare collaborazioni così estese, – conclude Elena Cuoco – e in questo senso iniziative come quella dell’European Open Science Cloud (EOSC), che punta alla costruzione di una cloud condivisa per i dati e i software della ricerca europea e utile a settori ricerca molto diversi, dalla biologia alla fisica delle particelle, vanno senz’altro nella giusta direzione. Del resto, la comunità delle onde gravitazionali è in questo senso un esempio: LIGO e Virgo rendono pubblici la posizione nel cielo e le caratteristiche preliminari delle sorgenti gravitazionali appena pochi secondi dopo la loro rivelazione.”

Questo lavoro di ricerca è stato sostenuto da COST (Cooperazione Europea in Scienza e Tecnologia) e dal progetto UE ESCAPE.

 

 

 

Un nuovo lavoro della collaborazione NNPDF (Neural Networks Parton Distribution Functions), guidata dall’Università degli Studi di Milano e dall’INFN, fa luce su una sorprendente caratteristica della struttura dei protoni. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature, ha infatti determinato come anche i quark ‘charm’, insieme ai più noti e leggeri quark ‘up’ e quark ‘down’, siano da annoverarsi tra i componenti intrinseci di questi costituenti atomici, confermando un’ipotesi elaborata oltre 40 anni fa. Il risultato è stato ottenuto adottando innovative tecniche di machine learning, grazie alle quali è stato possibile analizzare e risolvere nel dettaglio la grande messe di dati prodotti dai collisori di particelle. Oltre a migliorare la comprensione della struttura dei protoni, ancora poco nota, lo studio contribuirà a rendere più accurata la descrizione teorica degli urti tra queste particelle, favorendo l’osservazione di possibili indizi di nuova fisica.

La semplice rappresentazione del protone come oggetto costituito da due soli quark ‘up’ e da un quark ‘down’ confinati e legati insieme per mezzo dello scambio reciproco dei bosoni mediatori dell’interazione forte, i gluoni, ignora la presenza all’interno del protone di un numero infinito di coppie composte da quark e dalle loro controparti di antimateria, gli antiquark. Questa complessa composizione cambia nelle collisioni di protoni all’aumentare delle energie, e quindi con il diminuire delle scale di misura. Uno scenario che trova riscontro nelle previsioni della cromodinamica quantistica, la teoria di riferimento per la descrizione della forza nucleare forte.

“A partire dai dati sperimentali”, spiega Stefano Forte, ricercatore INFN e docente dell’Università Statale di Milano alla guida della collaborazione NNPDF, “e facendo ricorso alla cromodinamica quantistica, siamo in grado di risolvere indirettamente la struttura interna del protone a riposo. La principale difficoltà di questa procedura è legata all’incertezza che contraddistingue l’osservazione delle particelle prodotte nelle collisioni ed alle approssimazioni che è necessario adottare per rendere possibili i calcoli, che, se non trattate correttamente, potrebbero fornire conclusioni che dipendono dalle assunzioni iniziali soggettive adottate.”

Nel 1980 i fisici Stan Brodsky, Paul Hoyer, Carsten Peterson e Noriskue Sakai formularono l’ipotesi secondo cui anche il quark ‘charm’, la cui massa è maggiore di quella del protone stesso, avrebbe potuto rappresentare una delle componenti intrinseche di questi costituenti atomici a riposo, da non confondere quindi con i quark pesanti irradiati dalle collisioni tra protoni ad alte energie. Una proposta al centro di una controversia scientifica durata oltre 40 anni, risolta solo oggi dalla collaborazione NNPDF grazie allo sviluppo e all’impiego di metodologie di analisi all’avanguardia in grado di superare i limiti teorici e sperimentali relativi alla determinazione della struttura interna del protone.

“Il risultato è stato reso possibile dall’impiego di nuovi dati molto recenti” illustra Forte. Felix Hekhorn e Alessandro Candido, rispettivamente assegnista e dottorando presso l’Università statale di Milano sottolineano che “un ruolo fondamentale lo ha avuto il ricorso ad alcuni sviluppi teorici ottenuti dalla nostra stessa collaborazione, che permettono di separare senza ambiguità la componente intrinseca dalla componente radiativa”. Juan Cruz Martinez, assegnista presso l’Università degli Studi di Milano, osserva che “più importante di tutti è stato lo sviluppo di una metodologia basata su machine learning che permette di estrarre dai dati l’informazione in modo particolarmente efficiente”.

Aver stabilito che il protone ha una componente di charm intrinseco avrà importanti ricadute nello studio sia delle proprietà del protone sia della fisica oltre il Modello Standard, la teoria che descrive le particelle elementari e le loro interazioni. “Da un lato, la componente ‘charm’ individuata sarà infatti inclusa nei calcoli di processi fisici che si producono in collisioni di protoni, e ne influenzerà il risultato. Essa avrà quindi un impatto sulla fisica di precisione, come per esempio la misura dei parametri della teoria attuale, e di conseguenza sulla ricerca di deviazioni da essa, quali le ricerche di possibili particelle candidate per la materia oscura. Dall’altro, ci fornisce importanti indizi per il calcolo della struttura del protone a partire dalla cromodinamica quantistica, che resta difficile ed elusivo”, conclude Forte.

Il lavoro della collaborazione NNPDF è stato reso possibile grazie ai risultati raggiunti da N3PDF, un progetto di ricerca, coordinato sempre da Forte, che ha come principale obiettivo lo sviluppo di una metodologia basata su tecniche moderne di machine learning per la determinazione della struttura del protone, e che nel 2016 ha ottenuto un finanziamento dal Consiglio Europeo delle Ricerche (ERC Advanced Grant). La metodologia sviluppata da N3PDF è ora utilizzata sistematicamente da NNPDF. Tutti i risultati, i metodi e i codici di entrambi i progetti sono resi disponibili liberamente in formato open-source.

La collaborazione internazionale NNPDF, di cui fanno parte nove università e istituti di ricerca di sei paesi, è oggi una delle sole tre realtà a livello mondiale dedicate alla determinazione e all’aggiornamento delle misure relative alla struttura del protone.

Proprio in questi giorni è in corso presso il Palazzo Feltrinelli di Gargnano l’annuale meeting della collaborazione NNPDF e del progetto N3PDF, un’occasione per discutere di nuove idee e sviluppi futuri, grazie anche alla partecipazione di alcuni ospiti internazionali, fra cui Wouter Verkerke, del laboratorio nazionale olandese NIKHEF di Amsterdam e Alexander Huss, del CERN di Ginevra.

Laura Perini, professoressa di fisica nucleare e subnucleare dell’Università Statale di Milano e ricercatrice INFN, ci ha lasciati all’età di 70 anni.

La professoressa Perini ha svolto la sua attività di ricerca nell’ambito della Fisica Sperimentale delle Particelle Elementari. Ha preso parte e contribuito a numerosi esperimenti al CERN, occupandosi sin dai primi anni Novanta della progettazione e preparazione dell’esperimento ATLAS all’acceleratore LHC, che nel 2012 ha permesso la scoperta del Bosone di Higgs, insieme all’esperimento CMS. All’interno della collaborazione ATLAS, Laura Perini si è concentrata sui problemi di calcolo posti dalla straordinaria quantità di dati che l’esperimento comporta, e in quest’ambito ha sostenuto il progetto di calcolo distribuito “Grid”, poi effettivamente utilizzato, e ha avuto un ruolo strategico nella progettazione e nell’evoluzione dell’infrastruttura di calcolo scientifico dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare in uso da circa venti anni.

Molti gli incarichi organizzativi e in ambito scientifico da lei ricoperti: dal 2012 al 2017 è stata Direttrice del dipartimento di Fisica “Aldo Pontremoli” e membro del Senato Accademico dell’Università Statale di Milano, e dal 2019 è stata anche membro del Consiglio di Amministrazione dell’Ateneo.

Oltre alle attività didattiche e scientifiche, la professoressa Perini si è impegnata a lungo nelle attività di promozione della Fisica. Responsabile per il dipartimento di Fisica dell’Università Statale di Milano del Progetto Lauree Scientifiche (PLS), finanziato dal MIUR con lo scopo di favorire la crescita dell’interesse degli studenti delle scuole superiori verso le materie scientifiche e la Fisica in particolare. Rilevante anche il suo impegno per migliorare la preparazione in ingresso degli studenti.

“Laura era una persona di grande equilibrio e pacatezza e tutti la ricordano come una persona infaticabile, solare e sempre al lavoro per ricomporre le situazioni.” Ricorda Chiara Meroni, componente della Giunta Esecutiva INFN e già direttrice della Sezione di Milano, e aggiunge: “Grazie alla sua visione sull’importanza del calcolo scientifico e soprattutto dell’analisi di grandi quantità di dati, ha svolto un ruolo trainante nelle attività di punta dell’INFN in questo settore”.