STUDENTESSE E STUDENTI DELLE SUPERIORI DI TUTTA ITALIA ALLE PRESE CON LA FISICA DELLE PARTICELLE

STUDENTESSE E STUDENTI DELLE SUPERIORI DI TUTTA ITALIA ALLE PRESE CON LA FISICA DELLE PARTICELLE

Dal 24 febbraio, al via la 18° edizione delle International Masterclass sulla fisica delle particelle, l’iniziativa internazionale che porta migliaia di studenti delle scuole superiori di tutta Italia e del mondo in un viaggio alla scoperta dell’infinitamente piccolo.

Sono quasi 2000 le studentesse e gli studenti delle scuole superiori di tutta Italia che partecipano alle Masterclass sulla fisica delle particelle, coordinate in Italia dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Tra il 24 febbraio e l’8 aprile studenti e studentesse da tutta Italia, in contemporanea, con i loro coetanei di tutto il mondo, potranno scoprire come funziona la fisica delle particelle analizzando direttamente i dati di alcuni tra i più importanti esperimenti del CERN di Ginevra e non solo.

Le prime Masterclass iniziano il 24 febbraio con eventi nelle sezioni INFN della Sapienza Università di Roma, dell’Università degli Studi di Cagliari e dell’Università degli Studi di Pavia, per il giorno successivo sono previsti eventi organizzati dalle sezioni INFN delle Università di Milano-Bicocca, Udine e Cagliari. Le iniziative continueranno fino all’8 aprile con più di 60 eventi in 23 città in Italia, alcuni in presenza e altri in modalità telematica a causa della pandemia di Covid-19.

Le studentesse e gli studenti si collegheranno online o si recheranno all’università e saranno accompagnati da ricercatori e ricercatrici in un viaggio alla scoperta delle proprietà delle particelle, esplorando i segreti di grandi esperimenti in fisica delle particelle, a cominciare dalla grande macchina LHC (Large Hadron Collider) del CERN, all’interno di un tunnel di 27 km a 100 metri di profondità sotto la campagna fuori Ginevra, dove le particelle si scontrano quasi alla velocità della luce.

Durante le Masterclass dedicate al CERN, ogni sede organizza una o più giornate di lezioni e seminari sugli argomenti fondamentali della fisica delle particelle, seguite da esercitazioni al computer in cui gli studenti e le studentesse potranno analizzare i dati degli esperimenti dell’acceleratore di particelle LHC (ATLAS, CMS, ALICE o LHCb). Potranno usare i veri dati di LHC per simulare negli esercizi l’epocale scoperta del bosone di Higgs, avvenuta nel 2012, ma anche quella dei bosoni W e Z (proprio quelli che nel 1984 valsero il Premio Nobel a Carlo Rubbia), e potranno conoscere ancora altre particelle ed esplorarne caratteristiche e proprietà peculiari. 

Oltre ai dati degli esperimenti del CERN, alcune Masterclass di quest’anno sono dedicate all’esperimento BELLEII del laboratorio KEK di Tsukuba in Giappone. Dall’anno scorso, alcune sedi italiane partecipano, in collaborazione con il CNAO – Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, anche alle masterclass in Particle Therapy, per far scoprire agli studenti le applicazioni mediche della fisica delle particelle.

Alla fine di ogni giornata, proprio come in una vera collaborazione di ricerca internazionale, ci sarà un collegamento in videoconferenza tra i giovani partecipanti alle Masterclass di tutto il mondo per discutere insieme i risultati emersi dalle esercitazioni. 

L’iniziativa, giunta alla 18° edizione, fa parte delle Masterclass internazionali organizzate da IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) e, in Italia, dall’INFN. Le Masterclass si svolgono contemporaneamente in 60 diversi paesi, coinvolgono oltre 200 tra i più prestigiosi enti di ricerca e università del mondo e più di 13.000 studenti delle scuole secondarie di II grado. Per l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare quest’anno sono presenti le sezioni di Bari, Bologna, Cagliari, Cosenza, Ferrara, Firenze, Genova, Lecce, Milano Bicocca, Milano, Napoli, Padova, Parma, Pavia, Perugia, Pisa, Sapienza Università di Roma, Roma Tor Vergata, Roma Tre, Salerno, Torino, Trieste, Trento e Udine, e i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF).

Informazioni sulle Masterclass Internazionali: http://physicsmasterclasses.org/neu/ 
Informazioni sulle Masterclass in Italia: https://masterclass.infn.it/

I TELESCOPI MAGIC OSSERVANO L’ESPLOSIONE NUCLEARE DI UNA STELLA VAMPIRA

I TELESCOPI MAGIC OSSERVANO L’ESPLOSIONE NUCLEARE DI UNA STELLA VAMPIRA

Uno nuovo studio condotto dalle ricercatrici e dai ricercatori della collaborazione europea MAGIC ha reso nota l’osservazione di un flusso di raggi gamma ad alta energia proveniente da una nova ricorrente nella Via Lattea. L’evento, il primo del suo genere a essere stato rivelato a simili energie, fa luce su una classe di fenomeni astrofisici considerati responsabili delle periodiche esplosioni che hanno luogo sulla superficie delle novae – corpi stellari appartenenti alla famiglia delle nane bianche – e dell’emissione di una parte dei fotoni che costituiscono il fondo di radiazione gamma che permea la nostra intera galassia. Il risultato, presentato in un articolo pubblicato oggi, 14 aprile, sulla rivista Nature Astronomy, è stato ottenuto grazie alle rivelazioni effettuate dai due telescopi Cherenkov situati nell’isola di La Palma (Isole Canarie), in Spagna, di cui si compone il sistema MAGIC, che vede l’Italia impegnata con un ruolo di primo piano attraverso i contributi dell’istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Prima di essere ‘fotografato’ da MAGIC l’8 agosto 2021, l’evento descritto nell’articolo di Nature Astronomy è stato individuato dal rivelatore Large Area Telescope a bordo dell’osservatorio spaziale Fermi della NASA e dai telescopi dell’High Energy Stereoscopic System (HESS) in Namibia. A seguito degli avvisi tempestivi lanciati dalle due collaborazioni, è stato possibile orientare i sensibili telescopi gemelli di MAGIC nella direzione di arrivo del flusso di raggi gamma, la cui origine è stata attribuita all’attività del sistema RS Ophiuchi, situato nella costellazione dell’Ofiuco (portatore di serpenti) a 8000 anni luce di distanza dalla Terra, una sorgente galattica ricorrente, la cui ultima esplosione era stata registrata nel 2006.

“Grazie alle buone condizioni di osservazione presenti a La Palma, alla rapida reazione della collaborazione e alla sensibilità unica offerta dal sistema MAGIC”, spiega Ruben Lopez-Coto, ricercatore del progetto ‘Fellini’ della Sezione INFN di Padova e uno dei principali autori dello studio, “siamo riusciti a individuare in tempo l’eruzione di RS Ophiuchi, un evento raro nel cielo dei raggi gamma, poiché rappresenta la luce prodotta da nova più luminosa e con il flusso più elevato di raggi gamma, e quindi più lontana, mai rivelata.”

In concomitanza con le rivelazioni di MAGIC, l’evento RS Ophiuchi 2001 è stato inoltre oggetto delle osservazioni di strumenti operanti in differenti lunghezze d’onda, come il Joan Oró Telescope (TJO) dell’osservatorio Montsec (Spagna), lo spettrografo Echelle del     telescopio di Varese e lo spettropolarimetro CAOS della stazione osservativa di Serra La Nave dell’INAF di Catania, diventando il primo del suo genere a essere studiato sia dalla Terra che dallo spazio in un così ampio spettro di energia.

L’analisi di RS Ophiuchi 2021 condotta da parte della collaborazione MAGIC, che si è potuta avvantaggiare di dati raccolti in tutte le lunghezze d’onda, ha perciò consentito di identificare le novae come un nuovo tipo di sorgenti di raggi gamma, aprendo una nuova linea di ricerca nell’astronomia ad altissima energia e confermando uno dei modelli astrofisici proposti per spiegare la presenza dei raggi cosmici altamente energetici che permeano la Via Lattea. L’esplosione della nova è stata infatti abbastanza energetica da produrre forti onde d’urto nel tenue mezzo che circonda il sistema stellare. Uno shock che è considerato tra i meccanismi fisici responsabili dell’accelerazione, a velocità prossime a quelle della luce, delle particelle subatomiche di cui si compongono i raggi cosmici.

“Nel caso della spettacolare eruzione di RS Ophiuchi 2021, il modello che meglio descrive le osservazioni di MAGIC e di altri telescopi fa risalire l’origine dei raggi gamma ad altissima energia rivelati all’accelerazione dei protoni, particelle cariche positivamente che compongono i nuclei degli atomi di idrogeno”, illustra Mosè Mariotti, docente dell’Università di Padova e ricercatore INFN, già portavoce della collaborazione MAGIC.

“Sebbene le eruzioni in una nova siano individualmente meno energetiche delle loro parenti molto più violente – le supernovae, dove una stella di grande massa muore in un’esplosione catastrofica -, sono però molto più frequenti, e forniscono una spiegazione alla sovradensità di raggi gamma osservati nelle loro vicinanze. Il risultato mostra quindi che le novae brillano nei raggi gamma di altissima energia originati dall’accelerazione dei protoni, aprendo una nuova finestra sulla conoscenza di questa tipologia di raggi cosmici”, prosegue Antonio Stamerra, ricercatore dell’INAF di Roma e coordinatore della scienza di MAGIC.

Nell’ambito della classificazione stellare, che suddivide i tipi di stelle sulla base delle loro fasi evolutive, a loro volta determinate dalla massa stellare, le novae rientrano all’interno della categoria appartenente alle cosiddette nane bianche, termine che identifica stelle con masse simili a quella del nostro Sole giunte al termine della loro vita.

“La formazione di tali corpi celesti, è dovuta al collasso che si verifica come conseguenza dell’esaurimento di tutto il combustibile capace di alimentare le reazioni di fusione nucleare che avvengono nel nucleo della stella. Un destino analogo a quello a cui andrà incontro tra cinque miliardi di anni il Sole, il quale si trasformerà in un oggetto composto da materiale molto denso in grado di irradiare esclusivamente calore residuo”, spiega Lucio Angelo Antonelli, ricercatore dell’INAF di Roma e responsabile nazionale INAF presso la collaborazione MAGIC.

Nonostante siano oggetti inerti, le nane bianche possono essere responsabili, in particolari circostanze, di violente esplosioni. Ciò avviane quando, in presenza di una vicina stella nella sua fase di Gigante Rossa, l’idrogeno prodotto da quest’ultima viene catturato dal campo gravitazionale della nana bianca, andandosi ad accumulare sulla sua superficie. Il trasferimento di materiale da una stella ancora attiva a una ormai morta, una sorta di ‘vampirismo stellare’, può infine provocare, una volta raggiunte temperature e pressioni tali da innescare le reazioni di fusione nucleare, esplosioni ricorrenti sulla superficie della nova.

“Durante la fase esplosiva il materiale espulso dalla superficie della nana bianca sfugge a una velocità tremenda, da duemila a quattromila chilometri al secondo. In alcuni sistemi il ciclo di trasferimento del gas dalla stella gigante alla nana densa può ricominciare e questo provoca una ricorrenza del fenomeno di eruzione della nova. Questi sistemi vengono chiamati novae ricorrenti”, chiarisce Francesco Leone, docente dell’Università di Catania ed INAF di Catania.

Nonostante l’emissione di raggi gamma da RS Ophiuchi abbia fornito la prima prova convincente dell’accelerazione dei protoni nelle novae, non è ancora chiara quale sia la natura del corpo stellare oggetto della ‘vampirizzazione’.

“Ancora non sappiamo se l’evento osservato sia correlato alla particolarità di avere una stella Gigante Rossa come stella compagna della nana bianca, o piuttosto a una proprietà più generale di tutte le novae. Ulteriori osservazioni di novae con i telescopi Cherenkov ci permetteranno di rispondere a questa domanda”, conclude Riccardo Paoletti, docente dell’Università di Siena e responsabile nazionale della collaborazione MAGIC per l’INFN.

Per maggiori informazioni: ‘Proton acceleration in thermonuclear nova explosions revealed by gamma rays’

VQR 2015-2019: L’INFN SI CONFERMA AI PRIMI POSTI TRA GLI EPR PER QUALITÀ DELLA RICERCA E DELLA TERZA MISSIONE

VQR 2015-2019: L’INFN SI CONFERMA AI PRIMI POSTI TRA GLI EPR PER QUALITÀ DELLA RICERCA E DELLA TERZA MISSIONE

L’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare si conferma ai primi posti tra gli Enti Pubblici di Ricerca vigilati dal MUR Ministero dell’Università e della Ricerca nella valutazione della qualità della ricerca VQR 2015-2019 dell’ANVUR, l’Agenzia Nazionale di Valutazione del sistema Universitario e della Ricerca, e anche nella valutazione della qualità della Terza Missione, ossia nel trasferimento di conoscenze e tecnologie e nella diffusione della cultura scientifica.

“Ringraziamo l’ANVUR e i suoi valutatori per il loro lavoro, che sappiamo essere molto oneroso, ma che al contempo è estremamente rilevante per il Sistema Ricerca del nostro Paese”, commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Siamo molto soddisfatti per i risultati ottenuti dall’INFN nella VQR 2015-2019, che confermano gli ottimi risultati conseguiti dal nostro Istituto nella precedente VQR 2011-2014. Per questo esito positivo, vogliamo ringraziare la nostra comunità, i dipendenti e gli associati tutti, dottorandi, borsisti e assegnisti, perché è di tutti loro il merito dell’eccellenza della nostra ricerca e delle nostre attività, è grazie al loro lavoro, condotto sempre con passione, dedizione e serietà, che l’INFN riesce a condurre al successo anche i progetti più ambiziosi, complessi e competitivi. E ringraziamo per l’impegno con cui si sono dedicati all’adempimento degli incarichi per la VQR le colleghe e i colleghi che vi hanno contribuito”. “Auspichiamo, infine, che a conclusione della VQR si possa anche avviare un percorso condiviso tra valutatori e valutati per confrontarsi e riflettere assieme su questa esperienza, in modo da perfezionarla sempre più e potenziarne l’efficacia a vantaggio e per la valorizzazione della ricerca scientifica nazionale”, conclude Zoccoli.

 

 

 

ADDIO A SANDRO SQUARCIA

ADDIO A SANDRO SQUARCIA

Sandro Squarcia, fisico, professore all’Università e ricercatore della Sezione INFN di Genova, di cui era stato anche Direttore, ci ha recentemente lasciati, dopo una breve ma implacabile malattia.

Sandro si era ritirato nel 2018, dopo una lunga carriera scientifica che lo aveva visto partecipare a importanti esperimenti di fisica delle particelle e di fisica medica, primo fra tutti DELPHI all’acceleratore LEP del CERN, e assumere ruoli gestionali apicali come la direzione della Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria dal 2001 al 2007, la direzione della Sezione di Genova dal 2007 al 2015, successivamente il ruolo di Preside della Facoltà di Scienze dell’Università di Genova, infine la direzione della Scuola di Specializzazione in Fisica Medica dal 2010 fino al suo pensionamento. Sandro ha continuato a mettere a disposizione della comunità la sua esperienza e il suo entusiasmo e quando la malattia lo ha colpito stava partecipando, come membro del comitato scientifico, alla definizione del programma scientifico del Festival della Scienza di Genova.

Sandro Squarcia aveva iniziato a interessarsi alla applicazione della fisica nella diagnostica e terapia medica a metà degli anni ’90. Le sue attività si sono concentrate sulle analisi quantitative di immagini mediche (TAC, RMN, SPECT, PET) e alla adroterapia. Nel 2005, insieme a Guido Rodriguez dell’ospedale S. Martino, ha avuto l’intuizione di lavorare sulle immagini del cervello nel difficile campo delle malattie neurodegenerative utilizzando metodi avanzati, ponendo le basi di quello che poi diventerà la medicina quantitativa con calcolo distribuito e la radiomica. Sandro è stato l’animatore del gruppo di fisica medica che si è formato nel Dipartimento di Fisica e nella Sezione INFN di Genova. Insieme a Piero Calvini, Andrea Chincarini e Gianluca Gemme ha iniziato a lavorare sulle immagini di risonanza magnetica cerebrale, sviluppando un metodo di valutazione dell’atrofia cerebrale nelle regioni più significative per la diagnosi di malattia di Alzheimer. Del 2011 è il primo lavoro di radiomica sulle risonanze magnetiche cerebrali, apparso sulla prestigiosa rivista NeuroImage, che va annoverato tra i contributi seminali della disciplina.

Quasi tutti i fisici che oggi operano nelle strutture sanitarie liguri, e non solo, si sono formati nella Scuola di Specializzazione in Fisica Medica dell’Università da lui diretta, che ha beneficiato non solo dell’entusiasmo e del carisma di Sandro ma anche delle sue notevoli capacità organizzative e gestionali. Sandro si è dedicato alla Scuola e ai suoi studenti con dedizione ed empatia, il suo entusiasmo si è tramesso a tanti giovani che portano oggi avanti la ricerca nel settore. Attorno alla Scuola è cresciuta e si è raccolta la comunità ligure dei fisici sanitari che oggi partecipa commossa al dolore della famiglia.

La sua passione per la divulgazione scientifica lo ha portato, durante gli anni della direzione INFN, a coinvolgere diverse scuole medie superiori nel progetto Extreme Energy Events (EEE). In particolare, a Savona grazie ad una attiva collaborazione con l’Associazione Giovani per la Scienza, alcuni soci dell’associazione stessa ed i ragazzi di tre istituti poterono partecipare alla costruzione ed alla gestione dei rilevatori di particelle.

“Chi conosceva Sandro da quando, studente, giocava assieme nella improvvisata squadretta di calcio dell’Istituto di fisica di viale Benedetto XV, – ricorda Piero Corvisiero, già direttore della Sezione INFN di Genova – prova un ricordo rispettoso e affettuoso. Molti di noi per mezzo secolo hanno percorso in parallelo la stessa strada e affiorano disseminati negli anni, moltissimi ricordi di Sandro, e inevitabilmente una incolmabile tristezza per la sua improvvisa assenza”. “Quello che colpiva era la sua gentilezza, la disponibilità ad ascoltare gli altri. Anche nei ruoli di responsabilità da lui ricoperti sia nell’Università che nell’INFN a Genova, ha sempre mostrato la sua umanità e il suo essere, per natura e senza affettazione, una persona buona, un vero grande signore”.

 

 

 

 

 

 

FROM PARTICLES TO THE STARS: QUASI 200 STUDENTI DELLE SUPERIORI A SCUOLA DI FISICA MODERNA

FROM PARTICLES TO THE STARS: QUASI 200 STUDENTI DELLE SUPERIORI A SCUOLA DI FISICA MODERNA

Dalla fisica delle particelle all’Universo, dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande: quasi 200 studenti e studentesse delle scuole secondarie di II grado dall’Italia e da altri paesi del mondo dal 4 all’8 aprile hanno partecipato a INSPYRE (International School on modern PhYsics and REseasrch), la scuola internazionale organizzata dai Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

La scuola internazionale INSPYRE si è conclusa venerdì 8 aprile con la partecipazione di studenti provenienti da oltre 100 istituti scolastici, 79 italiani e 22 di diversi paesi del mondo: Francia, Germania, India, Indonesia, Irlanda, Lituania, Lussemburgo, Portogallo, Repubblica Ceca, Romania, Svezia e Turchia. Grazie a questa esperienza, gli studenti e le studentesse si sono confrontati con il mondo della ricerca in fisica delle particelle, e la scoperta dei misteri dell’universo, seguendo un ciclo di lezioni online, che da oggi, lunedì 11 aprile, sono disponibili al pubblico sul canale YouTube dei Laboratori Nazionali di Frascati.

Meccanica quantistica e gravità, i pilastri della nostra comprensione della natura e dell’Universo, i misteri della materia e dell’energia oscure, i segnali di una nuova fisica oltre il modello standard, sono tutti argomenti che i giovani partecipanti alla scuola hanno potuto approfondire grazie al racconto di ricercatori e ricercatrici dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e della sezione di Milano dell’INFN, dell’Università di Ferrara e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), del CERN di Ginevra e del Fermilab di Chicago, del Max Planck Insitute di Monaco di Baviera e della University of Southampton nel Regno Unito. Grazie al tour virtuale, gli studenti hanno visitato anche il Bruno Touschek Visitor Centre dei Laboratori Nazionali di Frascati e scoperto la storia degli acceleratori in un racconto che intreccia le grandi domande della fisica contemporanea con gli strumenti che ci aiutano a trovare le risposte. A conclusione della scuola, quest’anno per la prima volta gli studenti saranno chiamati a partecipare a un concorso presentando un elaborato (una presentazione, un disegno oppure un video) per raccontare l’argomento che più li ha ispirati.

Iniziata nel 2011 con 20 ragazzi prevalentemente italiani, INSPYRE è giunta alla XII edizione coinvolgendo la partecipazione di studentesse e studenti provenienti da molti paesi del mondo e rappresenta un momento di confronto tra gli studenti e di scoperta del mondo della ricerca scientifica.

PER L’UCRAINA

PER L’UCRAINA

L’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare si unisce alla decisa e ferma presa di posizione assunta dall’Unione Europea e dal nostro Governo di condanna dell’aggressione della Russia all’Ucraina, così come di ogni forma di sopraffazione fra Stati, popoli e persone, in nome del rispetto, del confronto, della cooperazione come strumenti unici e indispensabili per la realizzazione degli Stati democratici, della libertà dei popoli, del progresso della società. Questo è quanto ogni giorno in cui esercitiamo il nostro mestiere di ricercatori ci mostra la scienza, questo è quanto ogni giorno vogliamo rappresentare come Istituzione scientifica pubblica di uno Stato libero e democratico, questi sono i nostri valori. 
In questo momento profondamente drammatico, che lascia tutti noi sconcertati per la sua insensatezza e brutalità, esprimiamo la nostra piena solidarietà al popolo ucraino. E assicuriamo la nostra disponibilità a sostenere le iniziative di pace e a supporto delle persone in difficoltà che verranno promosse dal Governo italiano e dal Ministero dell’Università e della Ricerca. Stiamo lavorando per poter offrire sostegno alle nostre colleghe e ai nostri colleghi ucraini con iniziative di accoglienza, e aiuteremo a diffondere iniziative di aiuto alla popolazione ucraina promosse dalle nostre strutture locali, dal nostro personale e dalla comunità scientifica. L’INFN inoltre sarà allineato con le decisioni del Governo e del Ministero dell’Università e della Ricerca in merito alla gestione delle collaborazioni scientifiche internazionali che coinvolgono la Russia. Vogliamo altresì esprimere profonda amarezza per la condizione delle colleghe e dei colleghi russi e dei loro concittadini che subiscono le tragiche scelte del loro Governo. La scienza è stata, è e continuerà sempre a essere per sua stessa natura luogo di libertà e terreno di dialogo e collaborazione tra le persone e tra i popoli: in questo crediamo come persone e come scienziati, e per questo lavoriamo come INFN.

 

 L’iniziativa di 4CH SUM-Save the Ukraine Monuments

 

 

UNA NUOVA ACCURATA MISURA DELLA MASSA DEL BOSONE W  MOSTRA TENSIONE TRA I DATI SPERIMENTALI E LA TEORIA

UNA NUOVA ACCURATA MISURA DELLA MASSA DEL BOSONE W MOSTRA TENSIONE TRA I DATI SPERIMENTALI E LA TEORIA

È la misura della massa del bosone W più accurata che sia mai stata realizzata. È frutto di un lavoro di analisi durato dieci anni realizzato dalla Collaborazione dell’esperimento CDF (Collider Detector at Fermilab), che è stato in attività per oltre 25 anni all’acceleratore Tevatron del Fermi National Accelerator Laboratory, negli Stati Uniti. Il valore ottenuto dalla collaborazione scientifica attraverso questa scrupolosa analisi diverge da quello previsto dalla teoria del Modello Standard che descrivere il mondo delle particelle elementari e delle forze fondamentali. Il bosone W, la cui scoperta è valsa il premio Nobel per la fisica a Carlo Rubbia e Simon van der Meer nel 1984, è una delle due particelle mediatrici della forza debole ed è responsabile, tra l’altro, dei processi di decadimento nucleare che alimentano il nostro Sole. Il risultato di CDF, di cui l’Italia è uno dei soci fondatori, assieme a Stati Uniti e Giappone, e la cui partecipazione al progetto è coordinata dall’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, viene pubblicato su Science, conquistando la copertina della prestigiosa rivista scientifica dell’8 aprile 2022.

“Negli ultimi quarant’anni, molti esperimenti agli acceleratori hanno misurato la massa del bosone W: sono misure complicate ma nel tempo sono stati raggiunti livelli di precisione sempre crescenti”, commenta Giorgio Chiarelli, ricercatore della Sezione di Pisa dell’INFN e co-responsabile della collaborazione scientifica CDF. “Abbiamo impiegato molti anni per valutare tutti i vari aspetti da tenere in considerazione nella misura e per realizzare tutti i controlli e le verifiche necessari. Ad oggi, questa è la nostra misura più solida, e la discrepanza tra il valore atteso e quello misurato permane”, conclude Chiarelli.

“Questa misura premia uno sforzo decennale di un esperimento al quale gli italiani, con il supporto costante dell’INFN, hanno contribuito in maniera decisiva, sin dagli esordi, oltre 40 anni fa”, commenta Giorgio Bellettini, ricercatore all’INFN e professore emerito all’Università di Pisa tra i fondatori di CDF e primo responsabile non statunitense dell’esperimento.

MISURA SPERIMENTALE E TEORIA. La misura della massa dei mediatori W e Z è particolarmente importante, perché a differenza di quella delle altre particelle del Modello Standard, il loro valore è predetto dalla teoria. Grazie a questa nuova misura di CDF i ricercatori hanno determinato la massa della particella W con una precisione dello 0,01%, ossia due volte maggiore rispetto alla migliore delle precedenti misure, e questo consente loro di testare l’attuale quadro teorico che descrive la natura al livello dei suoi costituenti fondamentali.

La massa del bosone W è circa 80 volte la massa di un protone, cioè approssimativamente 80.000 MeV/c2. Il valore centrale e l’incertezza della nuova misura [nDt: di questa misura] è 80.433±9.4 MeV/c2. Questo risultato è basato sull’osservazione e l’analisi di 4,2 milioni di particelle candidate W, il quadruplo rispetto a quelle dell’analisi pubblicata dalla stessa collaborazione nel 2012. Il nuovo valore della particella W è coerente con molte misure precedenti, ma ve ne sono anche altre in disaccordo. Saranno quindi necessarie future misure per fare maggiore chiarezza su questo aspetto.

La collaborazione CDF ha inoltre comparato il risultato così ottenuto con il valore atteso per la massa del bosone W in base al Modello Standard: 80.357 ± 6 MeV/c2. Questo valore si ricava con complessi calcoli che legano la massa del bosone W alle misure delle masse di altre due particelle: il quark top, scoperto sempre da CDF e da D0 al Tevatron nel 1995, e il bosone di Higgs, scoperto dagli esperimenti ATLAS e CMS all’acceleratore LHC del CERN nel 2012. Se sarà confermata, questa nuova misura sembra suggerire che potrebbe essere necessario affinare i calcoli teorici del Modello Standard, oppure introdurre delle estensioni alla teoria, arricchendola con nuove idee fisiche.

“Il risultato è un contributo importante per testare l’accuratezza del Modello Standard, – spiega David Toback, professore della Texas A&M University e co-responsabile di CDF – ora saranno gli altri esperimenti e la comunità dei fisici teorici ad approfondire e fare maggiore chiarezza su questa discrepanza”. “Se la differenza tra il valore sperimentale e quello atteso è dovuta a qualche nuova particella o interazione subatomica, che è una delle possibilità, c’è una buona probabilità che essa possa essere scoperta nei prossimi esperimenti”, conclude Toback.

IL RUOLO DELL’INFN E DELL’ITALIA IN CDF. Ricorda Giorgio Bellettini: “Nell’inverno del 1979, quando al Fermilab si studiava come trasformare il protosincrotrone Tevatron in un collisore fra fasci di protoni e di antiprotoni, fisici dei Laboratori Nazionali di Frascati e della Sezione di Pisa dell’INFN stabilirono una collaborazione con gruppi americani e giapponesi per studiare con il nuovo collisore le interazioni subnucleari alle massime energie allora raggiungibili. Insieme progettammo e costruimmo un rivelatore magnetico, il Collider Detector at Fermilab (CDF), che operò dal 1985 al 2011 introducendo straordinarie novità nelle tecniche di misura e di analisi degli eventi nucleari. Da una ricca messe di dati sperimentali fu scoperto l’ultimo dei sei quark esistenti in natura e furono ottenute misure di precisione di parametri fondamentali del Modello Standard dei fenomeni subnucleari. La misura di precisione della massa del portatore carico delle interazioni deboli, il bosone W, che viene resa pubblica ora, è uno dei più straordinari risultati di CDF. Con una raffinata, puntigliosa analisi dei dati raccolti dall’esperimento la massa del W è stata misurata entro incertezze statistiche e sistematiche inferiori a quelle di tutte le precedenti misure combinate insieme. Poiché il valore trovato è in tensione con quello atteso a partire dagli altri parametri del Modello Standard, è iniziato un acceso dibattito sul possibile motivo di questa discrepanza. La risoluzione di questa incertezza potrebbe portare a una estensione di fondamentale importanza dell’esistente modello teorico. I gruppi italiani in CDF sono molto cresciuti nel tempo. Nel 2003 la Collaborazione comprendeva 650 fisici di vari Paesi impegnati nella fisica delle particelle, con 111 italiani delle Sezioni INFN e delle Università di Padova, Bologna, Trieste-Udine e Roma1 Sapienza, oltre a Pisa e ai Laboratori Nazionali di Frascati. In ogni momento il contributo degli italiani e il loro ruolo nella Collaborazione sono stati determinanti. Nella storia di CDF, i cinque responsabili dell’esperimento non americani sono stati tutti italiani”.

Il Comunicato del Fermilab

 

 

 

CUORE METTE NUOVI LIMITI ALL’INSOLITO COMPORTAMENTO DEI NEUTRINI

CUORE METTE NUOVI LIMITI ALL’INSOLITO COMPORTAMENTO DEI NEUTRINI

Le ricercatrici e i ricercatori dell’esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) situato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) hanno pubblicato oggi, 6 aprile, su Nature i nuovi risultati sulla natura del neutrino, che dimostrano inoltre l’eccezionalità della tecnologia sviluppata, in grado di mantenere un rivelatore di oltre 700 kg a temperature vicine allo zero assoluto, per più di tre anni.

CUORE, che opera nel silenzio cosmico delle sale sperimentali sotterranee dei Laboratori del Gran Sasso, protetto da 1.400 metri di roccia, è tra gli esperimenti più sensibili al mondo per lo studio di un processo nucleare, chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, possibile solo se neutrino e antineutrino sono la stessa particella. Questo decadimento, se osservato, chiarirebbe per la prima volta il mistero della natura di Majorana del neutrino. I risultati di CUORE si basano su una quantità di dati, raccolta negli ultimi tre anni, dieci volte più grande di qualsiasi altra ricerca con tecnica sperimentale simile. Nonostante la sua fenomenale sensibilità, l’esperimento non ha ancora osservato prove di eventi di questo tipo. Da questo risultato è possibile stabilire che un atomo di tellurio impiega più di 22 milioni di miliardi di miliardi di anni per decadere. I nuovi limiti di CUORE sul comportamento dei neutrini sono cruciali nella ricerca di una possibile nuova scoperta della fisica delle particelle, che sarebbe rivoluzionaria perché aiuterebbe a comprendere le nostre stesse origini.

“L’obiettivo è capire come ha avuto origine la materia”, spiega Carlo Bucci, ricercatore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e responsabile internazionale dell’esperimento CUORE.

“Stiamo cercando un processo che violi una simmetria fondamentale della natura”, aggiunge Roger Huang, giovane ricercatore del Lawrence Berkeley National Laboratory del Department of Energy degli Stati Uniti e uno degli autori del nuovo studio. “L’asimmetria tra materia e antimateria nell’universo è ancora un rebus”, dice Huang. “Se i neutrini sono le loro stesse antiparticelle, questo potrebbe aiutare a risolverlo”.

“Il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, se sarà misurato, sarà il processo più raro mai osservato in natura, con un tempo di decadimento di oltre un milione di miliardi di volte superiore all’età dell’universo”, afferma Danielle Speller, professoressa alla Johns Hopkins University e componente del Physics Board di CUORE.

CUORE è un vero trionfo scientifico e tecnologico, non solo per i suoi nuovi risultati, ma anche per aver dimostrato con successo il funzionamento del suo criostato in condizioni veramente estreme, alla temperatura di 10 millesimi di grado sopra lo zero assoluto (10 milliKelvin).  La temperatura nel rivelatore CUORE viene attentamente monitorata con sensori in grado di rilevare una variazione di appena un decimillesimo di grado Celsius. Il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini ha una firma energetica specifica e aumenterebbe la temperatura di un singolo cristallo di una quantità ben definita e riconoscibile.

“È il più grande refrigeratore del suo genere al mondo”, sottolinea Paolo Gorla, ricercatore dei Laboratori del Gran Sasso e Technical Coordinator di CUORE. “Capace di mantenere la temperatura di 10 milliKelvin ininterrottamente per circa tre anni”. Una tale tecnologia ha applicazioni ben oltre la fisica delle particelle fondamentali. In particolare, può trovare impiego nella realizzazione dei computer quantistici, dove una delle principali difficoltà dal punto di vista tecnologico è mantenerli sufficientemente freddi e schermati dalle radiazioni ambientali.

“Lo straordinario funzionamento del criostato di CUORE è il coronamento di una lunga sfida tecnologica iniziata a metà degli anni ‘80 dal gruppo di Ettore Fiorini a Milano, che ha visto l’evoluzione dei rivelatori criogenici, da cristalli di pochi grammi agli oltre 700 kg degli attuali”, aggiunge Oliviero Cremonesi, Presidente della Commissione Scientifica Nazionale per la fisica astroparticellare dell’INFN.

“La sensibilità del rivelatore è davvero fenomenale,” afferma Laura Marini, ricercatrice presso il Gran Sasso Science Institute e Run Coordinator di CUORE, “al punto che osserviamo segnali generati da vibrazioni microscopiche della crosta terrestre.” “Abbiamo visto effetti dovuti a terremoti in Cile e Nuova Zelanda”, continua Marini “misuriamo costantemente il segnale delle onde che si infrangono sulla riva del mare Adriatico, a 60 chilometri di distanza, che diventa più forte in inverno, quando c’è tempesta”.

CUORE sta facendo da apripista per la prossima generazione di esperimenti: il suo successore, CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification), è già in avanzata fase di sviluppo e sarà oltre dieci volte più sensibile di CUORE. Nel frattempo, CUORE non ha ancora finito. “Saremo operativi fino al 2024 – aggiunge Bucci – e sono impaziente di vedere che cosa troveremo”.

CUORE è gestito da una collaborazione di ricerca internazionale, guidata dall’INFN in Italia e dal Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti.

APPROFONDIMENTI

Particelle particolari

I neutrini sono ovunque: ci sono quasi mille miliardi di neutrini che passano attraverso l’unghia di un tuo dito mentre leggi questa frase. Non sentono l’effetto delle due forze più intense dell’universo, l’elettromagnetismo e la forza nucleare forte, e questo consente loro di passare attraverso la materia, quindi anche attraverso tutta la Terra, senza interagire. Nonostante il numero enorme, la loro natura così elusiva li rende molto difficili da studiare, sono un vero grattacapo per i fisici. L’esistenza di queste particelle è stata postulata per la prima volta oltre 90 anni fa, ma fino alla fine degli anni ’90 non si sapeva nemmeno se i neutrini avessero una massa, ora sappiamo di sì ma è davvero molto piccola.

Una delle tante domande ancore aperte sui neutrini è se siano le loro stesse antiparticelle. Tutte le altre particelle hanno delle corrispondenti antiparticelle, la loro controparte di antimateria: agli elettroni corrispondono gli antielettroni (positroni), ai quark gli antiquark, ai neutroni e ai protoni (che sono i costituenti dei nuclei atomici) gli antineutroni e gli antiprotoni. A differenza di tutte le altre particelle, è possibile che i neutrini siano le loro stesse antiparticelle. Un tale scenario è stato teorizzato per la prima volta dal fisico Ettore Majorana nel 1937 e le particelle che mostrano questa proprietà sono conosciute come fermioni di Majorana.

Se i neutrini fossero davvero fermioni di Majorana potremmo forse rispondere a una domanda che è alla base della nostra stessa esistenza: perché c’è così tanta più materia che antimateria nell’universo?

Un dispositivo raro per decadimenti rari

Determinare se i neutrini siano le loro stesse antiparticelle è difficile, proprio perché essi non interagiscono molto spesso. Il miglior strumento dei fisici per cercare i neutrini di Majorana è un ipotetico tipo di decadimento naturale radioattivo chiamato decadimento doppio beta senza neutrini. Il decadimento beta è una forma abbastanza comune di decadimento in alcuni atomi, che trasforma un neutrone di un nucleo atomico in un protone, mutando l’elemento chimico dell’atomo ed emettendo un elettrone e un antineutrino come conseguenza del processo. Il doppio decadimento beta è più raro: invece di un solo neutrone, due di essi si trasformano in due protoni allo stesso tempo, emettendo due elettroni e due antineutrini. Ma se il neutrino è un fermione di Majorana, allora teoricamente un singolo neutrino “virtuale”, che funge da antiparticella di sé stesso, potrebbe prendere il posto di entrambi gli antineutrini e solo i due elettroni sarebbero emessi dal nucleo atomico, da qui il nome del processo. Il decadimento doppio beta senza neutrini è stato teorizzato per decenni, ma non è mai stato osservato.

L’esperimento CUORE è impegnato a rivelare negli atomi di tellurio un decadimento doppio beta senza neutrini. L’esperimento utilizza quasi mille cristalli di ossido di tellurio purissimo, del peso complessivo di oltre 700 kg. Questa grande quantità di tellurio è necessaria perché, in media, ci vuole più di un miliardo di volte l’età dell’Universo perché un singolo atomo instabile di tellurio subisca un normale doppio decadimento beta. Ma ci sono milioni di miliardi di miliardi di atomi di tellurio in ciascuno dei cristalli utilizzati da CUORE, il che significa che il doppio decadimento beta standard (con emissione di due neutrini) avviene abbastanza regolarmente nel rivelatore, circa alcune volte al giorno in ciascun cristallo. Il doppio decadimento beta senza neutrini, ammesso che si verifichi, è estremamente più raro, e quindi la Collaborazione di CUORE deve impegnarsi per rimuovere quante più fonti di interferenza possibile che potrebbero nascondere l’evento cercato. Per schermare il rivelatore dai raggi cosmici, l’intero sistema si trova nelle sale sperimentali sotterranee dei Laboratori del Gran Sasso, dove i 1400 metri di roccia sovrastanti proteggono gli esperimenti dai raggi cosmici che piovono incessantemente sulla Terra. Una ulteriore schermatura è fornita da diverse tonnellate di piombo. Il piombo appena prodotto è leggermente radioattivo a causa della contaminazione naturale da uranio e altri elementi. Questo livello di radioattività è assolutamente trascurabile per qualsiasi tipo di utilizzo del piombo, eccetto per un rivelatore così sensibile come CUORE. Poiché la radioattività diminuisce nel tempo, il piombo utilizzato per circondare i rivelatori di CUORE è principalmente piombo recuperato da un’antica nave romana affondata quasi 2000 anni fa al largo delle coste della Sardegna.

CUORE è finanziato negli Stati Uniti dal Department of Energy (DoE) e dalla National Science Foundation (NSF) e in Italia dall’INFN, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La Collaborazione CUORE include in Italia i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, i Laboratori Nazionali di Frascati e i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN e le Sezioni INFN e Università di Bologna, Università di Genova, Università di Milano Bicocca, Sapienza Università di Roma e il Gran Sasso Science Institute; negli Stati Uniti: California Polytechnic State University, San Luis Obispo; Lawrence Berkeley National Laboratory; Johns Hopkins University; Lawrence Livermore National Laboratory; Massachusetts Institute of Technology; University of California, Berkeley; University of California, Los Angeles; University of South Carolina; Virginia Polytechnic Institute and State University; Yale University; in Francia: Saclay Nuclear Research Center (CEA) e Irène Joliot-Curie Laboratory (CNRS/IN2P3, Paris Saclay University); in Cina: Fudan University e Shanghai Jiao Tong University.

 

 

 

 

L’INFN STANZIA I PRIMI FONDI PER ACCOGLIERE GLI SCIENZIATI COLPITI DALLA GUERRA

L’INFN STANZIA I PRIMI FONDI PER ACCOGLIERE GLI SCIENZIATI COLPITI DALLA GUERRA

Il Consiglio Direttivo dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare nel corso della riunione del 31 marzo ha approvato la delibera relativa alle misure finanziarie predisposte dall’Istituto a supporto di scienziati e scienziate che stanno subendo le conseguenze della guerra in Ucraina. In particolare, la delibera prevede lo stanziamento dei primi fondi, per un ammontare di 200.000 €, grazie ai quali saranno attivate iniziative a beneficio di studenti, professori universitari, ricercatori e scienziati che giungano in Italia per lavorare presso i Laboratori e le Sezioni dell’INFN in conseguenza della crisi politica e militare in atto.  

Saranno inoltre attivate presso le strutture dell’INFN posizioni “su invito” rivolte a quei ricercatori e ricercatrici ucraini che, pur conservando contratti presso le loro istituzioni nazionali, non possono più esercitare la propria attività nel loro Paese perché le infrastrutture e i laboratori in cui lavoravano sono stati danneggiati o distrutti. 

Queste misure si aggiungono a quelle già attuate dall’INFN fin dall’inizio della crisi umanitaria, che hanno consentito a quattro ricercatori ucraini di trovare accoglienza nei Laboratori dell’Istituto, e che hanno permesso di garantire il prolungamento della durata degli assegni di ricerca e delle borse di studio in scadenza per gli scienziati ucraini già in attività all’INFN.

Tutte queste misure si inseriscono nel contesto dell’invito, rivolto dal Ministro dell’Università e della Ricerca Maria Cristina Messa agli atenei e agli enti di ricerca, a realizzare iniziative di sostegno per scienziate e scienziati colpiti dalla guerra, trasformando in azioni concrete le indicazioni dell’art.4 del Decreto-legge n.16 del 28 febbraio 2022.

“L’approvazione da parte del Consiglio Direttivo dell’INFN di questo primo stanziamento di budget consente ora di aprire delle posizioni per far fronte all’emergenza causata dalla guerra, – spiega Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN – e fornire così un aiuto concreto alle colleghe e ai colleghi ucraini che sono in sofferenza. A loro e a tutto il popolo ucraino esprimiamo la nostra piena vicinanza per la tragedia che stanno vivendo e il nostro incoraggiamento, con l’augurio che la pace possa essere presto ristabilita nel loro Paese”. “La misura consente inoltre – prosegue Zoccoli – di offrire una via di tutela anche per colleghe e colleghi di altra nazionalità che stanno subendo ripercussioni dovute al conflitto”. “In questa drammatica contingenza, che credo nessuno di noi avrebbe mai pensato si potesse verificare oggi nella nostra Europa, è importante ricordare come la scienza rappresenti per le persone un terreno comune di cooperazione e un canale di dialogo. Questa è una sua caratteristica costitutiva, che contribuisce a renderla una delle attività umane più belle, nobili e potenti: ognuno di noi scienziati deve fare la sua parte per far sì che ciò si esprima nei fatti”, conclude Zoccoli.

 

 

RIPARTONO AI LABORATORI NAZIONALI DI FRASCATI GLI INCONTRI DI FISICA

RIPARTONO AI LABORATORI NAZIONALI DI FRASCATI GLI INCONTRI DI FISICA

Circa 50 docenti da tutta Italia ai Laboratori di Frascati sperimentano la fisica in prima persona

Da oggi, 30 marzo, per tre giorni, circa 50 insegnanti saranno studenti presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (LNF-INFN) grazie al progetto per docenti Incontri di Fisica, dopo due anni di attività solo online.

Con l’obiettivo di promuovere l’insegnamento della fisica moderna nelle scuole, favorire l’aggiornamento degli insegnanti sugli sviluppi della fisica, e incrementare lo scambio di esperienze tra docenti e ricercatori, il corso di formazione e aggiornamento “Incontri di Fisica” si rivolge ai docenti di discipline scientifiche delle scuole secondarie di II grado.

Durante il corso, che si svolgerà dal 30 marzo all’1 aprile presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, i docenti, divisi in gruppi, parteciperanno a lezioni teoriche, visite dei laboratori e saranno accompagnati da ricercatori e ricercatrici in attività sperimentali hands-on per scoprire la radioattività, gli acceleratori di particelle al plasma e i rivelatori di particelle, ma anche applicazioni della fisica di base come il quantum computing o i pannelli fotovoltaici.

Dopo una difficile selezione dovuta alle restrizioni per la pandemia di Covid-19, i laboratori ospiteranno nel corso in presenza circa 50 docenti, di cui 23 partecipano per la prima volta, provenienti da 45 istituti secondari di II grado dalle regioni di Calabria, Campania, Emilia-Romagna, Lazio, Liguria, Lombardia, Piemonte, Puglia, Sardegna, Sicilia, Toscana e Veneto.

Da ottobre a dicembre 2021, per l’edizione 2021/2022 di “Incontri di Fisica”, è stato organizzato anche un ciclo di sei lectio magistralis online, ora disponibili sul canale YouTube dei Laboratori Nazionali di Frascati, che hanno coinvolto oltre 500 docenti, raccontando la fisica della complessità, l’Universo e i suoi misteri, la fisica delle particelle e delle astroparticelle, e le applicazioni della fisica in medicina e in biologia.

Il progetto dell’INFN “Incontri di Fisica” (IDF) nasce ai Laboratori Nazionali di Frascati nel 2001, raggiungendo quest’anno la sua XXI edizione, con l’obiettivo di promuovere l’insegnamento della fisica nelle scuole secondarie a partire dalle attività sperimentali. Negli anni ha visto un totale di oltre 4300 partecipanti, e dal 2016, grazie alla collaborazione con l’Università degli Studi Guglielmo Marconi, prevede non solo il corso di aggiornamento in presenza ma anche il corso di formazione online (IDF 2.0).