Relazione Anno 2009 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini

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Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”
Piazza della Scienza n. 3 - 20126 Milano
http://www.unimib.it
http://fisica.mib.infn.it
Relazione Anno 2009
Direttore:
Prof. Federico Rapuano
Vicedirettore:
Prof. Giorgio Sironi
Segretario Amministrativo: Sig.ra Anna Mangano
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2009
INDICE
pag.
Presentazione del Dipartimento
2
Attività amministrativo-contabile
3
Personale del Dipartimento
4
Personale INFN
7
Attività didattica
8
Attività scientifica
10
Fisica delle Particelle
11
Astrofisica
28
Fisica dei Plasmi
46
Biofisica
58
Elettronica
61
Fisica Teorica
63
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PRESENTAZIONE DEL DIPARTIMENTO
Il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano - Bicocca, attivato alla fine del
1997, è intitolato a Giuseppe (Beppo) Occhialini, il grande fisico co-scopritore dell’antiparticella
dell’elettrone e del mesone fortemente interagente. Beppo è stato l’indimenticato maestro di molti dei
fisici del Dipartimento.
Il Dipartimento è costituito da 54 tra docenti, ricercatori e tecnici, attivi in molti dei principali
settori della moderna ricerca in Fisica; in collaborazione con 28 ricercatori, tecnologi e tecnici
dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, coadiuvati da dottorandi e borsisti, essi svolgono ricerche
principalmente nei seguenti settori:
1) Fisica teorica: teoria delle interazioni fondamentali, teoria delle stringhe, teoria di sistemi a infiniti
gradi di libertà e dei sistemi complessi, fisica computazionale e supercalcolo per lo studio di teorie
quantistiche di campo;
2) Fisica delle particelle elementari: esperimenti sulle interazioni fondamentali nei grandi laboratori
internazionali (collisore ad alte energie al CERN e fisica dei neutrini al Gran Sasso); misure di
fisica delle particelle rilevanti per l’astrofisica;
3) Astrofisica e cosmologia: astronomia galattica ed extragalattica, cosmologia teorica ed
osservativa; esperimenti sulla “radiazione fossile” diffusa e sulla distribuzione di antimateria nello
spazio; osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche, submillimetriche e infrarosse da terra e
dallo spazio; teorie della materia oscura;
4) Biofisica: esperimenti sulla dinamica e conformazione di biomolecole, analisi di singole proteine e
DNA con microscopia ottica e a laser pulsato;
5) Fisica dei plasmi: esperimenti su fenomeni non lineari e caotici in plasmi, turbolenza e trasporto in
plasmi magnetizzati, plasmi prodotti da laser e fenomeni veloci, fusione magnetica e inerziale;
Inoltre, vi sono forti sviluppi di fisica applicata in tutti i settori di ricerca “fondamentale”:
•
•
•
•
•
•
•
calcolo parallelo e fisica computazionale
radioattività ambientale
applicazioni tecnologiche dei plasmi
spettroscopia neutronica
strumentazione criogenica e a basso rumore
applicazioni della fisica alla medicina
elettronica
Le attività di ricerca si svolgono anche in collaborazione con altri Dipartimenti dell’Ateneo e
con varie Università e Laboratori italiani e stranieri. Tra questi ricordiamo: CERN, Gran Sasso,
Laboratori Nazionali di Frascati, Osservatorio INAF di Brera e Merate, INAF, DESY, Fermilab, MPI,
Efda-JET, CNRS, RAL, LULI, Auroral Observatory of Tromso.
I finanziamenti per le ricerche vengono da cofinanziamenti Università-MIUR, dagli Enti di
ricerca (INFN, INFM, CNR, ASI, INAF, PNRA/CSNA), dai contratti con l’Unione Europea e con le
industrie.
I servizi per la ricerca sono anche in compartecipazione con gli Enti di ricerca che operano nel
Dipartimento. In particolare, grazie anche a finanziamenti INFN, è allestita l’Officina Meccanica nei
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locali dell’Edificio U9. L’INFN ha inoltre fornito il collegamento del Dipartimento alla rete nazionale
GarrB con accesso da ben 34Mb/s. Tale collegamento garantisce una connettività eccezionale ad
Internet, come richiesto dai moderni metodi per grandi esperimenti e per il calcolo distribuito su grandi
scale (progetto GRID).
ATTIVITÀ AMMINISTRATIVO-CONTABILE
L’attività amministrativo-contabile del Dipartimento nel corso dell’anno 2009 può essere
riassunta come segue:
Tabella sintetica dell’attività amministrativo-contabile 2009
Mandati
1236
€ 1.879.071,00
Impegni
1051
€ 2.156.080,00
Reversali
84
€ 1.995.158,00
Accertamenti
58
€ 2.513.220,00
Missioni
443
€ 213.350,00
Pagamenti verso l’estero
35
€ 75.840,00
Registrazioni Materiali inventariati
121
€ 846.885,00
Variazioni di bilancio
127
€ 3.296.411,00
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PERSONALE DEL DIPARTIMENTO
Professori Ordinari
Boella Giuliano
Bonometto Silvio
Chincarini Guido
Chirico Gilberto
Destri Claudio
Fontanesi Marcello
Girardello Luciano
Marchesini Giuseppe
Pullia Antonio
Ragazzi Stefano
Rapuano Federico
Sironi Giorgio
Professori Associati
Baschirotto Andrea
Batani Dimitri
Brofferio Chiara
Calvi Marta
Collini Maddalena
Colpi Monica
Enriotti Mirella
Gavazzi Giuseppe
Gervasi Massimo
Giusti Leonardo
Gorini Giuseppe
Paganoni Marco
Penati Silvia
Riccardi Claudia
Sassi Giandomenico
Tabarelli de Fatis Tommaso
Zaffaroni Alberto
Zanotti Luigi
Ricercatori
Barni Ruggero
Capelli Silvia
D’Alfonso Laura
Ghezzi Alessio
Lucchini Gianni
Nucciotti Angelo
Oleari Carlo
Pavan Maura
Pensotti Simonetta
Tomasiello Alessandro
Zannoni Mario
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Personale Amministrativo
Branzoni Lorella
Corbo Mauro
De Vita Stefania
Foschi Vera
Lucchini Silvana
Mangano Anna
Venditti Ciro
Personale Tecnico
Banfi Stefano
Baù Sandro
Benocci Roberto
Boncristiano Antonello
Callegaro Cristiano
Clemenza Massimiliano
De Lucia Antonio
Galassi Alessandro
Govoni Pietro
Mietner Alessandro
Passerini Andrea
Piselli Moreno
Sisti Monica
Assegnisti e Borsisti
Arnaboldi Claudio
Casarini Luciano
Cattaneo Roberta
Croccolo Fabrizio
Grimoldi Elisa
Gotti Claudio
La Vacca Giuseppe
Mancin Marco
Perego Davide Luigi
Perelli Enrico
Ripamonti Emanuele
Salerno Roberto
Tacconi Mauro
Volpe Luca
Yas Fadel Al-Hadeethi
Dottorandi
XXII Ciclo
Alioli Simone
Amariti Antonio
Bin William
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Colombo Marco
Consolandi Cristina
Margutti Raffaella
Pizzichemi Marco
Ratti Carlo Alberto
Re Emanuele
Spinelli Sebastiano
Taroni Silvia
Ziano Roberto
XXIII Ciclo
Carrettoni Marco
Fanchini Erica
Fasiello Matteo
Gironi Luca
Maiano Cecilia
Pasotti Francesco
Pattavina Luca
Rebasti Sara
Siani Massimo
XXIV Ciclo
Rapisarda Eugenio
Nocente Massimo
Benaglia Andrea Davide
Martelli Arabella
Daglio Stefano Carlo
De Guio Federico
Ferri Elena
Bianchi Marco Stefano
Freddi Stefano
Rebai Marica
Fumagalli Francesco
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All’attività di ricerca del Dipartimento collabora anche il personale dell’Istituto Nazionale di Fisica
Nucleare.
PERSONALE DELL’ INFN
Ricercatori
Bonesini Maurizio
Butera Paolo
Carbone Luca (tecnologo)
Cattadori Carla Maria
Cremonesi Oliviero
D’Angelo Pasquale
Dini Paolo (tecnologo)
Magni Stefano (tecnologo)
Malvezzi Sandra
Matteuzzi Clara
Menasce Dario
Moroni Luigi
Nason Paolo
Pedrini Daniele
Pepe Michele
Pessina Gianluigi (tecnologo)
Pirro Stefano
Previtali Ezio
Rancoita Pier Giorgio
Redaelli Nicola
Sala Silvano
Tecnici
Bertoni Roberto
Ceruti Giancarlo
Chignoli Francesco
Gaigher Roberto
Galotta Giulio
Mazza Roberto
Perego Maurizio
Amministrativi
Cucchiarini Annalisa
Perrone Marilena
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ATTIVITÀ DIDATTICA
I compiti didattici dei docenti e dei ricercatori del Dipartimento riguardano gli insegnamenti del
Corso di laurea in Fisica e dei Corsi di laurea specialistica in Fisica ed in Astrofisica e Fisica dello
Spazio; riguardano inoltre gli insegnamenti della Fisica in altri Corsi di laurea dell’Ateneo: Matematica,
Informatica, Scienze e Tecnologie Geologiche, Scienze e Tecnologie per l’Ambiente, Scienze
Biologiche, Biotecnologie, Scienza dei Materiali e Scienze della Formazione Primaria.
Il Corso di Laurea di primo livello in Fisica è strutturato con l’obiettivo principale di assicurare
allo studente un’adeguata padronanza sia di metodi e contenuti scientifici generali che di specifiche
conoscenze professionali nei settori della fisica fondamentale e della fisica applicata e consiste di:
•
•
un primo biennio rivolto ad un’ampia formazione di base;
un terzo anno dedicato all'approfondimento di alcune tematiche specifiche nell’ambito dei
seguenti curricula:
a) Astrofisica
b) Biofisica e fisica medica
c) Elettronica dei sistemi digitali
d) Fisica ambientale
e) Particelle elementari
f) Struttura della materia
g) Fisica dello stato solido
h) Fisica dei plasmi
i) Teorico generale
Il Corso di laurea specialistica in Fisica si propone come obiettivo di completare la formazione
del fisico iniziata con la laurea di primo livello in Fisica portando lo studente a raggiungere completa
padronanza di metodi e contenuti scientifici generali e conoscenze specifiche professionali nei settori
della fisica fondamentale e della fisica applicata.
Il piano degli studi è organizzato per aree tematiche cui corrispondono altrettanti curricula:
a) Biofisica, Fisica medica e ambientale
b) Fisica delle particelle elementari
c) Fisica dei plasmi
d) Fisica dello stato solido
e) Fisica teorica generale
Il Corso di laurea specialistica in Astrofisica e Fisica dello Spazio si propone come obiettivo di
completare la formazione iniziata con la laurea di primo livello, portando lo studente a raggiungere una
completa padronanza di metodi e contenuti scientifici generali e conoscenze specifiche professionali
nei settori della fisica fondamentale, della fisica applicata, dell’astrofisica, della fisica dello spazio e di
altri settori interdisciplinari della fisica e dell’astrofisica.
Prospettive occupazionali dei nostri laureati, la cui preparazione è ampiamente riconosciuta ed
apprezzata anche a livello internazionale, si hanno attualmente nell'industria (ad es. settori elettronico,
informatico e biomedico), nel mondo della ricerca scientifica (enti di ricerca, imprese, università,
osservatori astronomici e enti di ricerca spaziale), dell’istruzione (scuola) e in aree particolari in cui è
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richiesta la capacità di costruire modelli di realtà complesse non necessariamente fisiche (ad es.
banche, imprese finanziarie, società di consulenza).
E’ attivo inoltre il Dottorato in Fisica ed Astronomia, coordinato dal Prof. Claudio Destri.
Il Dipartimento organizza e collabora a varie attività per la divulgazione della Fisica: per gli
studenti dei Corsi di laurea e delle Scuole Medie Superiori il Dipartimento organizza cicli di seminari
generali, visite ai propri gruppi di ricerca e laboratori, nonchè corsi in settori della Fisica moderna
direttamente presso le Scuole.
Nell’ambito del Progetto Lauree Scientifiche del Ministero, è stato realizzato LABEX,
Laboratorio di Fisica a disposizione di studenti di Scuole Medie Superiori guidati da propri insegnanti
con l’assistenza di personale docente e tecnico del Dipartimento.
In collaborazione con l’Associazione Italiana per la Fisica, sono state svolte le gare di II livello
della Lombardia per le OLIMPIADI DELLA FISICA e sono stati organizzati corsi di preparazione per le
prove pratiche e scritte.
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ATTIVITÀ SCIENTIFICA
FISICA DELLE PARTICELLE
Fisica subnucleare presso i grandi acceleratori, Fisica dei neutrini senza acceleratori, ricerca di
antimateria nello spazio, misure dirette della massa del neutrino.
ASTROFISICA
Modelli e teorie cosmologiche, studio sperimentale della radiazione cosmica di fondo, rivelazione di
antimateria nello spazio, galassie, astrofisica delle alte energie.
Sviluppo di strumentazione avanzata, a basso rumore, per osservazioni a varie lunghezze d’onda dal
cm, al mm al sub-mm.
FISICA DEI PLASMI
Plasmi a confinamento magnetico, plasmi termonucleari, plasmi prodotti da laser, applicazioni
industriali dei plasmi.
BIOFISICA
Studio sperimentale della dinamica e della conformazione di biomolecole, proteine e DNA.
FISICA APPLICATA
Fisica computazionale e sviluppo di calcolatori, laboratorio di radioattività ambientale, laboratorio per lo
studio del danno da radiazione in semiconduttori, applicazioni industriali dei plasmi.
FISICA TEORICA
Teorie dei campi e di stringa, teorie dei campi del modello standard, fisica computazionale e sviluppo
di calcolatori.
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FISICA DELLE PARTICELLE
Personale Universitario
Professore Emerito E. Fiorini
Professori Ordinari: A. Pullia, S. Ragazzi
Professori Associati: C. Brofferio, M. Calvi, M. Gervasi,M. Paganoni, T. Tabarelli
de Fatis, L. Zanotti
Ricercatori: S. Capelli, A.Ghezzi, A. Nucciotti, M. Pavan, S. Pensotti
Tecnici Laureati: M. Clemenza, P.Govoni, M. Sisti
Tecnici: C. Callegaro, A. De Lucia
Ricercatore a tempo determinato T. Bellunato
Personale INFN:
Ricercatori: M. Bonesini, C.M. Cattadori, O. Cremonesi, C. Matteuzzi, S.Malvezzi,
D. Menasce, L. Moroni, D. Pedrini, S. Pirro, E. Previtali, P. Rancoita, N. Redaelli
Tecnologi: G.L. Pessina, L. Carbone, P. Dini Tecnici: S. Banfi, R. Bertoni, G. Ceruti, F. Chignoli, R. Gaigher,R. Mazza, M.
Perego
Dipendenti a tempo det.: D. Grandi
Assegnisti Università o INFN:
G. Cerati, A. Giachero, S. Kraft-Bermuth, M. Martinez, E. Memola, D.L. Perego, D.
Schaeffer, M. Tacconi, M. Malberti
Dottorandi:
A. Benaglia, M. Carrettoni, C. Consolandi, F. De Guio, E.Ferri, L. Gironi, C.
Maiano, A. Martelli, L. Pattavina, S. Taroni
Collaboratori esterni: M. Boschini (CILEA), E. Fiorini, G. Boella, E. Bellotti,
P.D'Angelo, S. Sala
Ricerca
1) Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC
2) Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb ad LHC
3) Esperimenti HARP e NUFACT/MICE
4) Sviluppo di rivelatori di radiazioni di grandi superfici
5) Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS
6) Fisica del neutrino con rivelatori bolometrici
7) Ricerca del decadimento doppio beta nel 76Ge
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Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC
Commissionig del rivelatore CMS e primi studi di collisioni pp ad LHC
Personale Universitario:
A. Benaglia, F. De Guio, A.Ghezzi, P. Govoni, M. Malberti, A. Martelli, M.
Paganoni, P. Negri, A. Pullia, S. Ragazzi, T. Tabarelli de Fatis, S. Taroni.
Personale INFN:
S. Banfi, R. Bertoni, M. Bonesini, L. Carbone, G. Cerati, F. Chignoli, P.D'Angelo ,
P.Dini, S. Malvezzi, R. Mazza, D. Menasce, L. Moroni, D. Pedrini,, N. Redaelli, S.
Sala
Convenzioni: INFN
CMS (Compact Muon Solenoid) è un esperimento multipurpose presso l’acceleratore
LHC (Large Hadron Collider). Suoi obiettivi principali sono la ricerca dell’Higgs e
l’esplorazione di possibile nuova fisica alla scala del TeV (supersimmetrie,
extradimensioni, nuove interazioni forti, ecc.).
L’esperimento CMS in fase di installazione
Il gruppo di Milano Bicocca ha contribuito alla costruzione del calorimetro
elettromagnetico (ECAL) e del rivelatore a pixel e durante l’anno 2009 è stato
coinvolto nel commissioning del rivelatore tramite lo studio di eventi prodotti dai
raggi cosmici e le analisi delle collisioni prodotte nella fase di messa a punto dei
fasci di LHC.
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Il gruppo ha contribuito in modo significativo alla messa punto del rivelatore e alla
definizione delle procedure per l’acquisizione dati ed il controllo della loro qualità e
ha fornito le prime verifiche delle prestazioni di ECAL e del tracciatore in vista dello
studio di collisioni pp ad LHC.
Nella parte finale del 2009 LHC ha ottenuto collisioni di protoni con energie nel
centro di massa di 450 GeV e 2.36 TeV ed il gruppo di Milano ha contribuito a
verificare con prontezza la qualità e l’accuratezza dei dati acquisiti, come
testimoniato dal fatto che dopo pochi giorni dalle prime collisioni è stato già
possibile identificare negli eventi le segnature di alcune particelle già note.
Il gruppo si occupa dello studio tramite simulazioni MonteCarlo delle potenzialità
del rivelatore nell’ambito della ricerca del bosone di Higgs, della fisica degli Heavy
Flavour, e della ricerca di nuova fisica non prevista dallo Standard Model.
Inoltre il gruppo di Milano contribuisce allo sviluppo delle tecniche e del software
per la ricostruzione di elettroni e fotoni, delle tracce e dei vertici.
Pubblicazioni
1. “Radiation tolerance of the CMS forward pixel detector”, G.B. Cerati et al.,
Nucl. Instrum. Meth.A 600:408-416, 2009.
2. “The CMS barrel calorimeter response to particle beams from 2-GeV/c to
350-GeV/c.”, S. Abdullin et al., Eur.Phys.J.C60:359-373,2009, Erratumibid.C61:353-356,2009.
3. “Alignment of the CMS Silicon Strip Tracker during stand-alone
Commissioning.” , W. Adam, et al., JINST 4:T07001,2009
4. “Stand-alone Cosmic Muon Reconstruction Before Installation of the CMS
Silicon Strip Tracker.”, CMS Tracker Collaboration, JINST 4:P05004,2009
5. “Performance studies of the CMS Strip Tracker before installation.”, CMS
Tracker Collaboration, JINST 4:P06009,2009
Presentazioni a conferenze internazionali
1. P. Govoni, : "The CMS potential in the area of WW scattering" at "From the
LHC to a Future Collider, CERN", 12 Feb 2009.
2. A. Ghezzi, “Calibration of the CMS electromagnetic calorimeter at the LHC
start up” at “11th Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for
Frontier Physics”, La Biodola, Isola d'Elba, Italy, 24-30 May 2009.
3. A. Massironi, “Il processo di scattering fra bosoni vettori come test della
rottura di simmetria elettrodebole”, a XCV Congresso Nazionale della
Società Italiana di Fisica, Bari, 28 Settembre - 3 Ottobre, 2009
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4. S.Taroni, “Performance of irradiated CMS forward pixel detector”, at the
11th ICATPP Conference on Astroparticle, Particle, Space Physics, Detectors
and Medical Physics Applications, Como, Italy - 5th–9th October 2009
Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb ad LHC
Claudio Arnaboldi, Marta Calvi, Erica Franchini, Davide Luigi Perego, T. Bellunato
Personale INFN:
Clara Matteuzzi, Gian Luigi Pessina
Convenzioni: INFN
Temi di ricerca:
La ricerca svolta riguarda un'ampia gamma di studi in Fisica delle Particelle possibili
con i dati raccolti nelle collisioni protone-protone all'acceleratore LHC al Cern
nell'ambito dell'esperimento LHCb (Large Hadron Collider Beauty Experiment).
In particolare LHCb affronta due temi di grande rilevanza: la ricerca dell'origine
dell'attuale asimmetria tra materia ed antimateria e la ricerca di evidenze
dell’esistenza di nuove particelle o di nuovi tipi di interazioni rispetto quelle già
previste nel Modello Standard. LHCb si propone di indagare tali fenomeni a partire
dagli studi di violazioni di CP nei decadimenti degli adroni con beauty e con charm e
dalla ricerca di eventi rari nei decadimenti di questi adroni.
Il gruppo di Milano fa parte da diversi anni della Collaborazione LHCb, ha
partecipato alla costruzione del rivelatore, in particolare del RICH (Ring Imaging
Cherenkov Detector) dedicato alla identificazione di kaoni, protoni e pioni e alla
preparazione delle misure previste.
Le prime collisioni p-p a 7 TeV ad LHC si sono avute nel novembre 2009.
L' attivita' del gruppo si e' centrata su:
a) Commissioning del rivelatore RICH e dei suoi fotorivelatori (installazione,
monitoraggio, calibrazione) e analisi delle prime misure di identificazione di adroni.
b) Studi con simulazioni Monte Carlo per la preparazione delle analisi dei dati, in
particolare preparazione per le misure di violazione di CP nelle oscillazioni tra
mesoni neutri B0-antiB0 e Bs-antiBs.
c) RD per la preparazione dell'upgrade del rivelatore per i futuri run ad alta
luminosita': disegno per una nuova elettronica di front-end per la lettura del
rivelatore RICH a 40 MHz.
Pubblicazioni
1. "Roadmap for selected key measurements of LHCb"
The LHCb Collaboration, B. Adeva ,.. M.Calvi, S.Furcas, C.Matteuzzi, D.L.
Perego e G.Pessina et al, arXiv:0912.4179v2 [hep-ex]
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2. "The high voltage protection boards for the RICH detectors of the LHCb
experiment."
C. Arnaboldi, T.Bellunato, P.Gobbo, D.L.Perego, G.Pessina
IEEE Trans.Nucl.Sci.56:2828-2834,2009.
3. "Performance of the LHCb RICH photo-detectors and readout in a system test
using charged particles from a 25 ns-structured beam"
M. Adinolfi, ..C. Arnaboldi, T.F. Bellunato, E. Fanchini, D.L. Perego, G.
Pessina, et al
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 603, Issue 3, 21 May 2009, 287
4. "The High Voltage Protection Boards for the RICH Detectors of the LHCb
Experiment"
C. Arnaboldi, T. Bellunato, P. Gobbo, D. L. Perego, G. Pessina
IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 56, Issue 5, Part 2 (2009) 2828
5. “The high-voltage system for the LHCb RICH hybrid photon detectors"
C. Arnaboldi, T. Bellunato, A. De Lucia, E. Fanchini, D. L. Perego, G.
Pessina
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 598, Issue (2009) 173-174
Proceedings di presentazioni a Conferenze Internazionali
1. "Multilayer aerogel for compact RICH detectors."
11th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors, Siena,
Italy, C. Arnaboldi et al.
Nucl.Phys.Proc.Suppl.197:57-61,2009.
2. "The status of flavour physics: An introduction."
C. Matteuzzi,
XXIII Rencontres de Physique de la Valleee d’Aoste, La Thuile 2009, QCD
and high energy interactions 81-86
3. "Measurements of CP violation and the CKM matrix at LHCb."
M.Calvi for the LHCb Collaboration, Prepared for 2009 Europhysics
Conference on High Energy Physics: HEP 2009 (EPS-HEP 2009), Cracow,
Poland, 16-22 Jul 2009
PoS EPS HEP2009:166,2009.
Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS
•
Esperimento AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale
G. Boella, C. Consolandi, M. Gervasi, S. Pensotti
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Personale INFN:
D. Grandi, E. Memola, P. Rancoita, M. Tacconi
Collaboratori esterni:
M. Boschini (CILEA)
Convenzioni: INFN, ASI-INFN, ESA
Figure 1: AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale
Temi di ricerca:
L’attività svolta dall’esperimento AMS nel campo delle Astroparticelle riguarda la
ricerca dell’antimateria cosmologica e della materia oscura, attraverso lo studio dei
raggi cosmici a bordo dello Space Shuttle (volo STS-91, 1998) e della Stazione
Spaziale Internazionale Alpha (ISSA, a partire dal 2011). Il responsabile delle
collaborazioni internazionali di entrambi gli esperimenti è il prof. S.C.C. Ting
(MIT, Boston USA), premio Nobel per la Fisica nel 1976.
a) In questo periodo, l’attività di ricerca nel campo delle astroparticelle ha
principalmente riguardato lo studio di effetti relativi alla propagazione dei raggi
cosmici nella cavità solare e nella magnetosfera terrestre utilizzando anche i dati
raccolti durante il volo STS-91 (AMS-01).
Tracciamento di particelle cariche nella magnetosfera terrestre. Il codice di
tracciamento, sviluppato a Milano e utilizzato prevalentemente sulla farm Linux
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dedicata allo scopo, ha richiesto l’ottimizzazione di algoritmi basati su modelli
sviluppati dalla NASA. Inoltre, sarà in grado di tracciare, in tempo quasi reale, le
particelle misurate sulla Stazione Spaziale da AMS-02. I risultati più recenti sono i
seguenti:
• È stato ultimato il lavoro sulla funzione di trasferimento (TF) che descrive la
permeabilità della magnetosfera ai raggi cosmici (RC).
• Lo studio della TF è stato esteso agli ioni di elio attraverso una simulazione
isotropa di eventi con un metodo Monte Carlo. Il risultato è stato confrontato con
i dati sperimentali di AMS-01.
• È stato fatto lo studio della TF anche per ioni più pesanti (Carbonio e Ferro). In
questo caso i risultati sono stati confrontati con i dati sperimentali del satellite
HEAO-3.
• Sono state valutate le abbondanze, in magnetosfera, di He, C, e Fe riferite ai
protoni, mettendo in evidenza che queste sono diverse da quelle calcolate al di
fuori a causa del taglio geomagnetico, che agisce sulla rigidità.
• È stato calcolato il flusso dei RC nel periodo di inizio dell’attività di AMS-02,
ovvero metà 2011. Questo è stato possibile a partire dal modello di campo
magnetico terrestre (IGRF) ed estrapolando l’attività solare dai dati misurati negli
ultimi 4 cicli solari.
Studio della modulazione solare sui raggi cosmici galattici.
E’ stato sviluppato un modello bidimensionale per lo studio della propagazione dei
raggi cosmici in eliosfera. Questo modello permette di riprodurre l'effetto noto come
modulazione solare attraverso la simulazione stocastica di eventi. Questo nuovo
modello ci consente di tenere conto di effetti dipendenti dal tempo – quindi
dall’evolversi dell’attività solare - e dal segno della carica con una conseguente
maggiore necessità di CPU per la simulazione.
In particolare, nel modello si approssima la struttura dinamica dell'eliosfera
suddividendola in diverse regioni in base alla propagazione del vento solare. Inoltre
viene stimato l’effetto dovuto alla “deriva” – come proposto da Potgieter-Moraal sia in periodi di minima attività solare, quando il campo magnetico ha una
componente dipolare dominante, sia di massima attività, quando il campo ha una
struttura più complessa. Nel modello attuale, tra i parametri importanti che
descrivono l'attività solare e il suo effetto sui raggi cosmici si è introdotto un
“parametro di diffusione” che risulta dipendere dal numero di macchie solari.
Per quanto riguarda particelle leggere come gli elettroni si è provveduto a calcolare
ed aggiungere accanto alla perdita di energia adiabatica, le perdite dovute a processi
Compton Inverso, Bremsstrahlung, Ionizzazione e Irraggiamento, che sono
trascurabili per particelle più massive come i protoni.
La farm Linux disponibile in Dipartimento è stata utilizzata per questi calcoli di
trasporto dei raggi cosmici nell’eliosfera. I principali risultati ottenuti sono i
seguenti:
• Il modello ha permesso di ottenere spettri modulati di protoni ed antiprotoni così
come di elettroni e positroni. Questi spettri hanno mostrato un buon accordo con
quelli pubblicati dagli esperimenti AMS-01, BESS, PAMELA.
• Si è studiato l’effetto dell’interazione del bordo esterno dell’eliosfera con il
campo magnetico interstellare. Vi è la possibilità che una frazione di particelle
uscenti dall’eliosfera possa rientrarvi e contribuire al flusso totale. In questo
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modo lo spettro interstellare (LIS) risulta essere modificato dall'attività solare e
dal rapporto tra la diffusione all'interno dell'eliosfera e appena al di fuori di essa.
Abbondanza Relativa e Spettri di Ioni Leggeri.
Misure di composizione isotopica dei raggi cosmici sono importanti per comprendere
la propagazione nella galassia. Un’analisi sistematica dei dati che AMS-01 ha
raccolto nel 1998 ha permesso di ricavare sia il rapporto di raggi cosmici
secondari/primari come Li/C Be/C e B/C nell'intervallo di energia 0.35-45 GeV/n,
come pure il rapporto secondari/secondari e il rapporto isotopico 7Li/ 6Li. Gli spettri
mostrano un buon accordo con i dati presenti in letteratura.
b) Presso il dipartimento è stato studiato e sviluppato il sistema di trasferimento e
archiviazione dei dati di AMS-02 che sarà usato per il trasferimento da/per il Data
Repository, dove si effettuerà la raccolta dei dati in arrivo dalla stazione spaziale
ISSA. Dal 2004 il software e' mantenuto dal gruppo di Milano Bicocca ed
organizzato con una struttura di data-catalog. Il gruppo si occupa del trasferimento
dei dati dal Science Operation Center (SOC) presso il CERN di Ginevra all' Italian
Ground Segment Data Storage (IGSDS) situato presso il CNAF di Bologna. Dopo
l’approvazione alla fine del 2003 da parte della Commissione II nazionale, all'IGSDS
e' affidato l'incarico di mantenere la “master copy” dei dati raw dell'esperimento
AMS raccolti sulla ISSA. I dati sono conservati e archiviati su tape, insieme ai dati
Monte Carlo (MC) e ai dati ricostruiti. Questi ultimi sono anche disponibili su file
system per permetterne un accesso veloce e quindi l’uso per l'analisi da parte della
collaborazione AMS. Il CNAF assieme al laboratorio di Milano, che ha la funzione
di Data-Transfer Management and Survey (DTMS), costituiscono il ground-segment
italiano integrato nel complesso del ground-segment della collaborazione AMS-02.
Il CNAF fornisce inoltre potenza di calcolo presso il proprio cluster di computer alla
collaborazione AMS per produzione di dati Monte Carlo (MC) e analisi remota. Il
sistema di Data Transfer (DT) viene applicato anche per trasferire dati di produzione
Monte Carlo dai siti remoti (o Regional Centers - RC) al SOC. Pertanto il gruppo di
Milano Bicocca si occupa della produzione di dati MC al CNAF e del loro
trasferimento al SOC. Accanto al CNAF il DT viene utilizzato per trasferire dati MC
provenienti dall’ASI Science Data Center, nonche' dai due RC che producono dati
MC situati in Cina [Beijing Univ. Aeronautics and Astronautics (BUAA-NLAA) e
South East University di Nanjing (SEU)].
Il sistema si appoggia, presso il SOC (CERN), ad un complesso di servers e di
storage gestiti e mantenuti dal gruppo di Milano. I due sistemi, basati sulla stessa
architettura client/server e RDBMS, sono stati ottimizzati per le diverse finalità:
semplicità di installazione e monitoraggio per il sistema di trasferimento Monte
Carlo e robustezza e alta efficienza per il sistema di trasferimento verso IGSDS. In
particolare quest'ultimo ha visto anche l'integrazione con le librerie di storage di
massa CASTOR, per realizzare ed ottimizzare l'uso delle risorse dell'IGSDS.
Parallelamente, al fine di garantire la consistenza dei diversi campioni di dati, è in
funzione a Milano il sistema di DT Management and Survey, in grado di rivelare,
notificare e correggere eventuali inconsistenze (attualmente attestate intorno al 0.03
% del campione). Tale sistema è in produzione dal Gennaio 2008 per il trasferimento
di dati di MC e di calibrazione/test-beam raccolti presso il CERN; attualmente il
sistema ha correttamente trasferito 55 Tbyte di dati dal CERN al CNAF.
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In vista del lancio di AMS – previsto nell'aprile 2011 - alcune caratteristiche del
sistema di DT di Milano Bicocca si stanno dimostrando utili anche per il
trasferimento dati dal Marshall Space Flight Center (MSFC) al Payload Operation
Control Center (POCC) che nei primi mesi di presa dati sara' al Johnson Space
Center di Houston. Di conseguenza si stanno integrando i sistemi di monitoring con
il sistema di trasferimento su rete NASA.
•
•
•
Per l’applicazione in campo spaziale di dispositivi VLSI al silicio è stata
completata un’attività volta alla loro qualificazione in vista del danno da
radiazione. In particolare, sono stati studiati gli effetti dovuti alla dose depositata attraverso processi non-ionizzanti da neutroni e ioni di C – in silicio
monocristallino (di tipo p ed n) con resistività tra 0.01 e 7000 ohm cm.
In base a misure sistematiche (in funzione della temperatura da quella
ambiente ad 11 K) di effetto Hall e di resistività con il metodo Van der Pauw
sui campioni di silicio irraggiati, si è determinato come i) vi sia una
progressiva riduzione del regime di saturazione - in cui cioè il coefficiente Hall
è approssimativamente costante in funzione della temperatura - con
l’aumentare della fluenza, ii) i campioni a grande resistività mostrino un
cambiamento del segno del coefficiente Hall per irraggiamenti elevati e iii)
variazioni trascurabili si manifestino nei campioni a bassa resistività.
Inoltre si è studiato il danno da spostamento di atomi di silicio nel cristallo, nel
caso in cui sia dovuto a processi di perdita di energia di ioni incidenti, che
interagiscano attraverso processi coulombiani (schermati) non-ionizzanti. Per
queste interazioni si sono considerati i casi di energie relativistiche e prossime
a valori relativistici. La trattazione è stata inclusa nella versione 9.3 del codice
di simulazione Geant4. Questi processi sono di particolare importanza per
calcolare la dose da spostamento in ambiente spaziale, dovuta per esempio a
raggi cosmici galattici e particelle energetiche solari.
Pubblicazioni
Autori: G. Boella, M. Boschini, C. Consolandi, D. Grandi, M. Gervasi, E. Memola,
S. Pensotti, P.G. Rancoita, M. Tacconi:
• “Fluxes and nuclear abundances of cosmic rays inside the magnetosphere
using a transmission function approach”, Advances in Space Research,
Volume 43, Issue 3, p. 385-393 (2009)
• “2D Stochastic Montecarlo to evaluate the modulation of GCR for positive
and negative periods”, Proc. of the 21th European Cosmic Rays Symposium
(Kosice, Slovakia 8-12/9/2008), published by Institute of Experimental
Physics (Kosice) 2009, 248-253.
• Nuclear Abundances and Fluxes inside the Magnetosphere , Proc. of the 21th
European Cosmic Rays Symposium (Kosice, Slovakia 8-12/9/2008),
published by Institute of Experimental Physics (Kosice) 2009, 183-187.
• “Heliosphere modulation of Primary Cosmic Rays for the AMS-02 mission”,
Proceedings of the 31st ICRC Lodz Polonia (2009).
• “Drift models and polar field for cosmic rays propagation in the
heliosphere”, Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics
and Advanced Technology (11th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World
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•
•
•
•
•
•
•
Scientific (Singapore) 2010, 760-764.
“Galactic Cosmic Rays Modulation and prediction for the AMS-02 mission”,
Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics and Advanced
Technology (11th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore)
2010, 210-219.
“Reentrant Heliospheric Particles in Case of Shocks Amplified Magnetic
Fields”, Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics and
Advanced Technology (11th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific
(Singapore) 2010, 751-754.
“Hall coefficient dependence on silicon resistivity for neutron and carbon
irradiated samples down to cryogenic temperatures”, Proc. of the 10th
International Conference on Particle Physics and Advanced Technology (11th
ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 577-584.
“Geant4-based application development for NIEL calculation in the
SpaceRadiation Environment”, Proc. of the 10th International Conference on
Particle Physics and Advanced Technology (11th ICATPP, Como 59/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 698-708.
“The gamma-Ray Sky under a new light”, Proc. of the 10th International
Conference on Particle Physics and Advanced Technology (11th ICATPP,
Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 279-285.
“Antiproton modulation in the Heliosphere and AMS-02 antiproton over
proton ratio prediction”, Proceedings of the 22nd European Cosmic Ray
Symposium in Turku, Finland, 3-6 August 2010 (accepted for publication in
Astrophys. Space Sci. Trans); arXiv:1102.0215 [astro-ph.EP] avaible at
http://arxiv.org/abs/1102.0215.
C.Leroy and P.G.Rancoita, Principles of Radiation Interaction in Matter and
Detection - Second Edition, World Scientific (Singapore) 952, ISBN-978981-281-827-0,2009
Fisica del neutrino con rivelatori bolometrici
Personale universitario:
C. Brofferio, S. Capelli, C.Callegaro, M. Clemenza, A. De Lucia, E. Fiorini, A.
Nucciotti, M. Pavan, M. Sisti, L. Zanotti
Personale INFN:
L. Carbone, G. Ceruti, O. Cremonesi, R. Gaigher, M. Perego, G. Pessina, S. Pirro, E.
Previtali
Personale con contratto a tempo determinato o assegno di ricerca (Università o
INFN):
C. Arnaboldi, A. Giachero, C. Gotti, S. Kraft-Bermuth, M. Martinez, D. Schaeffer
Dottorandi: M. Carrettoni, E.Ferri, L. Gironi, C. Maiano, L. Pattavina
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a) Misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico con metodo
calorimetrico
Nel corso del 2009 è proseguita l'installazione dell'esperimento MARE-1. Una volta
completato l'assemblaggio del set-up criogenico, alcuni inconvenienti incontrati
durante i primi raffreddamenti hanno costretto a posticipare l'inizio della presa dati.
In particolare si è dovuto ridisegnare il supporto meccanico in Kevlar ed i
collegamenti elettrici a bassa conducibilità termica del preamplificatore criogenico.
Nella seconda metà del 2009 sono state testate con successo a bassa temperatura le
nuove soluzioni tecniche adottate. Alla fine del 2009 il sistema è pronto per iniziare
la caratterizzazione dei microcalorimetri con cristalli di perrenato di argento
(AgReO4).
Le attività di MARE-1 si svolgono in collaborazione con NASA/GSFC (Greenbelt,
MD, USA) e Wisconsin University (Madison, WI, USA).
Nel 2009 è stata anche avviata una collaborazione con il gruppo di Fedor Šimkovic
della Comenius University (Bratislava, Slovakia) per uno studio dettagliato della
forma teorica dello spettro beta del 187Re.
b) Ricerca del decadimento doppio beta (DBD) senza neutrini nel 130Te e di altri
decadimento rari con bolometri di TeO2
La ricerca del DBD senza neutrini (il tempo di dimezzamento è maggiore di 1024
anni) è uno dei metodi più sensibili per determinare la natura del neutrino
(Dirac/Majorana) e per ricavare informazioni sulla gerarchia e sulla scala assoluta di
massa di questa particella, tanto importante in processi nucleari, come la produzione
di energia solare e i decadimenti radioattivi deboli, e per spiegare misteri ancora oggi
insoluti sulla formazione dell'universo e sulla sua composizione.
Tale ricerca viene portata avanti da quasi vent’ anni dal gruppo di Milano tramite
tecnica bolometrica, basata sull'impiego di cristalli di TeO2, operanti a temperature
criogeniche. Qualunque energia depositata al loro interno può essere misurata senza
alcuno strato morto superficiale grazie alla loro variazione di temperatura che, a 10
mK, risulta misurabile. Il tellurio naturale utilizzato per la costruzione dei cristalli
contiene l'isotopo candidato al Decadimento Doppio Beta (DBD) in una frazione del
33.8%. La segnatura cercata per un evento senza emissione di neutrini (DBD0n) è il
picco somma al Q valore della reazione nello spettro energetico. Questo picco è
dovuto alla deposizione completa dell'energia da parte dei due elettroni emessi nel
decadimento.
L'attività svolta dal gruppo nel corso del 2009 può essere suddivisa in 4 filoni
principali:
1) CUORICINO
2) Run di test “Tre torri”
3) CUORE
4) CUORE-0
5) R&D su bolometri scintillanti
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1. CUORICINO
L'esperienza guadagnata con precedenti esperimenti di massa via via crescente ha
portato alla costruzione nel 2002 di CUORICINO, una torre di 62 cristalli di TeO2,
per una massa complessiva di circa 40 kg di rivelatore. L'esperimento, installato
presso la sala A dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), ha acquisito dati
dal 2003 fino a luglio 2008, quando è stato smontato. A marzo 2008, 4 mesi prima
della chiusura, è stato installato un veto per muoni, per valutare il contributo cosmico
al fondo radioattivo misurato. In contemporanea è stato installato un prototipo del
sistema di acquisizione (DAQ), che verrà utilizzato nel futuro esperimento CUORE,
per testarne il funzionamento ed evidenziarne eventuali problemi e difetti.
Nellárco del 2009 i dati acquisiti dallésperimento sono stati completamente
riprocessati usando il nuovo sistema di analisi sviluppato per CUORE (diana). Il
confronto con la precendente analisi, svolta utilizzando algoritmi gia` largamente
utilizzati e verificati anche in precedenti misure bolometriche, ha permesso di
verificare il corretto funzionamento del nuovo sistema. Approfittando della
riprocessazione si sono inoltre potuti introdurre e testare nuovi algoritmi, cosi` come
sviluppare procedure automatiche, fondamentali per lánalisi dei quasi 1000
rivelatori che ospitera` lésperimento CUORE.
2. RUN DI TEST TRE TORRI
La sensibilità raggiungibile nella ricerca del DBD senza neutrini, e
conseguentemente sulla misura della massa efficace del neutrino elettronico puo`
essere fortemente limitata dalla presenza di conteggi spuri nella regione energetica di
interesse (ROI). Al fine di raggiungere una sensibilità sufficiente a coprire un ampio
intervallo dello spettro di massa a gerarchia inversa dei neutrini è indispensabile
ottenere un fondo radioattivo dell'ordine degli 0.01-0.001 c/keV/kg/y nella ROI. Il
futuro esperimento CUORE punta a raggiungere nella regione di interesse un fondo
inferiore agli 0.01 c/keV/kg/y.
A tale scopo, ed in particolare al fine di comprendere e ridurre le fonti radioattive
responsabili del fondo misurato in esperimenti con bolometri di TeO2, e` stato
portato avanti nel corso degli anni 2009 e 2010 un intenso R&D. Sulla base
dellánalisi del fondo misurato da CUORICINO e da rivelatori operati in successive
misure bolometriche di test, si e` rivelato fondamentale ottenere livelli di pulizia
superficiale del rame affacciato ai rivelatori estremamente spinti (inferiori ai 10-8
Bq/cm2). Per individuare la tecnica che meglio sintetizzi alta purezza delle superficie
con praticita`, riproducibilita` e basso costo di produzione, nel 2008 e` stato
installato presso la sala A dei LNGS un rivelatore di test, costituito da 3 torri da 3
piani di 4 cristalli di TeO2 ciascuno. Il rame che sostiene e circonda i cristalli delle
tre torri e` stato sottoposto a tre differenti tecniche di trattamento superficiale.
Nel corso del 2009 il rivelatore e` stato installato e messo in opera allínterno del
criostato che precedentemente ospitava CUORICINO. Lésperimento ha preso dati
da settembre 2009 a gennaio 2010 utilizzando la nuova acquisizione sviluppata per
CUORE.
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3. CUORE
L'attività svolta nel corso del 2009, in collaborazione con altre istituzioni ed
università italiane ed americane partecipanti alla sigla CUORE, riguarda diversi
punti così sintetizzabili:
•
baracca sperimentale e criostato: si e` iniziata la prima fase di costruzione
della baracca. E` iniziata la produzione degli schermi del criostato presso la
ditta SIMIC vincitrice della gara. A Milano e` iniziata la produzione delle
varie componenti (conduttanze termiche, termalizzatori, termometri,
connessioni da vuoto, sistema di pompaggio). E` iniziata la produzione
presso Leiden dellÚnita` a Diluizione del criostato.
•
assemblaggio del rivelatore:
Sono stati fissati i dettagli della struttura bolometrica del rivelatore (cristallo,
termistore e heater). E` iniziata la produzione dei supporti di teflon dei
cristalli e della struttura di rame delle torri e delle glove-box in cui verranno
moltati i rivelatori in atmosfera dázoto. E` stata disegnata e progettata la
macchina per líncollaggio dei termistori sui cristalli. E` iniziata la
produzione dei cristalli di CUORE e il loro stoccaggio in atmosfera dázoto
allínterno dei laboratori sotterranei del Gran Sasso.
•
radioattività:
e` stata portata avanti una continua attivita` di monitoring dei livelli di
radioattivita` dei materiali utilizzati nella produzione dei cristalli , per
verificarne la conformita` alle richieste per CUORE. Sono stati effettuati 3
run di test su 12 cristalli a campione dai diversi batch di produzione, al fine
di valutarne le prestazioni e la radiopurezza, verificandone la conformita`
alle richieste contrattuali. Sono anche state fatte misure con rivelatori al Si a
barriera superficiale per verificare la compatibilità della radiopurezza dei
termistori con le richieste per CUORE.
•
analisi: e` stato portato avanti nel corso del 2009 lo sviluppo di un nuovo
sistema di analisi dei dati il cui scopo ultimo e` la processazione dei dati
acquisiti dai quasi 1000 rivelatori di CUORE.
•
Sistema di acquisizione: il nuovo sistema di acquisizione e` stato utilizzato,
testato e ottimizzato per i dati acquisiti per il test delle 3 torri e per i primi 3
test dei cristalli prodotti per CUORE.
•
elettronica: sono state progettate e disegnate le parti
dell'elettronica di CUORE e sono iniziati i primi test su prototipi.
4. CUORE-0
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principali
Prima della messa in opera dell'intero rivelatore di CUORE, le procedure di
assemblaggio, la DAQ e il sistema di analisi saranno testati su una singola torre.
L'analisi dei dati che verranno acquisiti in questo test permetterà anche di controllare
il comportamento bolometrico di un alto numero di cristalli, realizzati secondo i
nuovi protocolli, così come il raggiungimento di un buon livello di fondo radioattivo.
Nel corso del 2009 e` iniziata la produzione e la costruzione dellésperimento: i
cristalli di TeO2 sono stati prodotti e trattati superficialmente presso la ditta SICCAS
in Cina seguendo il protocollo definito per CUORE, i termistori sono stati prodotti e
testati, il rame per la struttura della torre di rivelatori e` stato procurato e da esso
sono stati prodotte tutte le parti in rame necessarie. Nel contempo e` stata progettata
la linea di incollaggio dei termistori.
c) Studio di bolometri scintillanti per altre ricerche di Doppio Decadimento Beta
Nell'ambito della ricerca del Doppio Decadimento Beta senza emissione di neutrini
(0νDDB), la possibilità di avere rivelatori con una elevata risoluzione energetica
(FWHM=0.2-0.5% a 2800 keV) in grado di discriminare eventi beta/gamma (la
classe di eventi a cui appartiene il 0νDDB) da eventi indotti da particelle quali alfa,
neutroni rinculi nucleari è estremamente interessante. Una tale tecnica troverebbe
applicazione sia direttamente nella ricerca del 0νDDB sia negli studi delle
componenti del fondo che dominano un esperimento 0νDDB.
Nel campo dei
bolometri questa possibilità di discriminazione viene offerta da rivelatori a doppia
lettura, cioè che affiancano alla lettura del segnale termico la lettura di un segnale di
ionizzazione (diretto o indiretto) che – in virtù della differente ionizzazione specifica
– distingue il tipo di particella. I bolometri scintillanti sono un tipico esempio di
applicazione di questa tecnica.
Nell'ottica di lavorare alla realizzazione di bolometri scintillanti adatti alla ricerca del
0νDDB (e quindi basati su cristalli che abbiano nella loro molecola un nucleo
candidato a questo decadimento) si è iniziato – alcuni anni fa - uno studio estensivo
di cristalli contenenti selenio, molibdeno e cadmio. Questi tre elementi hanno un
isotopo che è candidato al 0νDDB con una matrice nucleare estremamente
favorevole e un'energia di transizione molto alta. Quest'ultima caratteristica
costituisce un fattore di merito importante perchè indica che il segnale di 0νDDB è
oscurabile solo da un numero estramamente limitato di eventi, tra i quali i più
importanti sono i decadimenti alfa delle catene naturali.
Pagina 24 di 71
Principio di funzionamento dei bolometri
scintillanti. Il rivelatore è composto da un
bolometro (un cristallo scintillante accoppiato ad
un termometro) ed un adeguato rivelatore di luce
in grado di misurare la luce di scintillazione.
L'idea alla base di questo rivelatore ibrido è di
combinare le due
informazioni disponibili:
l'energia rilasciata sotto forma di calore nel
cristallo assorbitore e la luce di scintillazione
rilevata da un secondo bolometro affacciato al
cristallo principale.
Nel corso del 2009 si sono andati perfezionando i risultati già ottenuti nel biennio
precedente, mediante nuovi test mirati, realizzati presso i Laboratori Nazionali del
Gran Sasso e un'analisi accurata delle misure. In particolare nel corso del 2009 ci si
e` focalizzati sullo studio di cristalli di CdWO4.
* bolometri scintillanti di CdWO4 - è stata misurata con accuratezza la resa in luce
a bassa energia, il quenching factor di alfa e neutroni, la capacità di reiezione di
eventi originati da particelle alfa o da neutroni, il fondo intrinseco dei cristalli, la
risoluzione energetica sul segnale di luce e sul segnale termico. Infine si è studiata la
possibilità di migliorare la risoluzione stessa mediante lo studio dell'anticorrelazione
tra segnale di luce e segnale di calore.
Pubblicazioni
1. The low radioactivity link of the CUORE experiment
E. Andreotti, C.Arnaboldi, M.Barucci, C. Brofferio, C.Cosmelli, L.Calligaris,
S. Capelli, M.Clemenza, C.Maiano, M.Pellicciari, G.Pessina, S.Pirro
Journal of Instrumentation, Jinst, Vol.4, P09003, p. 1-17, 2009.
2. Background study and Monte Carlo simulations for large-mass bolometers
Bucci C., Capelli S., Carrettoni M., Clemenza M., Cremonesi O., Gironi L.,
Gorla P., Maiano C., Nucciotti A., Pattavina L., Pavan M., Pedretti M., Pirro
S., Previtali E., Sisti M.
Eur. Phys. J. Special Topics, Vol. 41, p. 155-168, 2009, ISSN: 1951-6355
3. CdWO4 bolometers for Double Beta Decay search
L.Gironi et al.
Optical Material, 31, August 2009, 1388-1392
4. Physics of rare events: insights on Napoleon death
Ettore Fiorini
Nuclear Physics B - Proceedings Supplements, Volume 188, March 2009,
365
5. Expectations for a new calorimetric neutrino mass experiment
Pagina 25 di 71
A.Nucciotti, E.Ferri, O.Cremonesi
ASTROPARTICLE PHYSICS, vol. 34; p. 80-89, ISSN: 0927-6505.
Conferenze:
1. Neutrino physics with thermal detectors
A.Nucciotti
AIP Conference Proceedings Volume: 1180, 81
Presentato a: Workshop on Calculation of Double-Beta Decay Matrix
Elements (MEDEX 09) Prague, Czech Republic, 15-19 June 2009
2. Sensitivity and systematics of calorimetric neutrino mass experiments
A.Nucciotti, E.Ferri, O.Cremonesi
AIP Conf. Proc. - December 16, 2009 - Volume 1185, pp. 689-692.
Presentato a LTD13, 13th International Workshop on Low Temperature
Detectors, Stanford July 20-24, 2009.
3. Status of the MARE experiment in Milan
Ferri, E.; Arnaboldi, C.; Ceruti, G.; Kilbourne, C.; Kraft-Bermuth, S.;
Nucciotti, A.; Pessina, G.; Miller, A
4. The low-temperature energy calibration system for the CUORE bolometer
array
Sangiorgio, S.; Ejzak, L.M.; Heeger, K.M.; Maruyama, R.H.; Nucciotti, A.;
Olcese, M.; Wise, T.S.; Woodcraft, A.L.
5. Progress on the CUORE cryogenic system
Martinez, M.; Alessandria, F.; Arnaboldi, C.; Barucci, M.; Bucci, C.;
Frossati, G.; Nucciotti, A.; Schaeffer, D.; Sisti, M.; De Waard, A.;
Woodcraft, A.
6. CUORE, the near future of neutrinoless double beta decay searches
A. Nucciotti,
presentato a WIN09, 22nd International Workshop on Weak Interactions and
Neutrinos, Perugia (Italy), September 14th - 19th, 2009
7. The cryostat of the CUORE Project, a 1-ton scale cryogenic experiment for
neutrinoless double beta decay research
Schaeffer, D.; Nucciotti, A.; Alessandria, F.; Ardito, R.; Barucci, M.;
Risegari, L.; Ventura, G.; Bucci, C.; Frossati, G.; Olcese, M.; de Waard, A.,
Pagina 26 di 71
Journal of Physics: Conference Series Volume: 150 Pages: 012042 (4 pp.)
Published: 2009. Presentato a: 25th International Conference on Low
Temperature Physics (LT25), Amsterdam, Netherlands, 6-13 August 2008.
8. Neutrinoless Double Beta Decay with TeO2 bolometers: past and future
S.Capelli, Preparato per CTP International Conference on Neutrino Physics in
the LHC Era, Luxor, Egypt from 15-19 Nov. 2009, Da pubblicarsi in the
"American Institute of Physics" conference proceedings.
9. The preamplifier for CUORE, and array of large mass bolometers
C.Arnaboldi, X.Liu, G.Pessina
IEEE NSS Conf Rec, 25 - 31 Ottobre 2009, N13-042 pp 389 395, Orlando.
10. Scintillating bolometers for Double Beta Decay search
L. Gironi, 11th Pisa meeting on advanced detectors,
Isola d'Elba, 24 - 30 Maggio 2009
11. L'esperimento CUORE e la ricerca del Doppio Decadimento beta
L. Gironi, XCV Congresso Nazionale della Societ a Italiana di Fisica, Bari,
28 Settembre - 3 Ottobre 2009
12. Neutrino Physics with cryogenic detectors
E.Fiorini, Review at Erice 2009 INTERNATIONAL SCHOOL OF
NUCLEAR PHYSICS
31st CourseNeutrinos in Cosmology, in Astro-, Particle- and Nuclear Physics
13. Neutrino masses and Neutrinoless Double Beta Decay: Status and
expectations
Oliviero Cremonesi. Review to the CERN Workshop on the European
Strategy for Future Neutrino Physics, 1-3 October, 2009. e-Print:
arXiv:1002.1437 [hep-ex]
14. Double beta decay searches
Oliviero Cremonesi
Review to the 4th Nuclear Physics in Astrophysics and 22th International
Nuclear Physics Divisional Conference of the European Physical Society,
Gran Sasso, Italy, 812 Jun 2009.
J.Phys.Conf.Ser.202:012037,2010
Pagina 27 di 71
ASTROFISICA
Personale
Giuliano Boella
Silvio Bonometto
Guido Chincarini
Giorgio Sironi
Monica Colpi
Giuseppe Gavazzi
Massimo Gervasi
Giandomenico Sassi
Mario Zannoni
professore ordinario
professore associato
ricercatore universitario
Emanuele Ripamonti
Luciano Casarini
Paolo D’Avanzo
assegnista di ricerca
assegnista di ricerca
ricercatore a tempo determinato
Giorgio Calderone
Giuseppe La Vacca
Raffaella Margutti
Sebastiano Spinelli
Dottorando
Dottorando
Dottorando
Dottorando
Andrea Passerini
Sandro Baù
Tecnico Elettronico
Tecnico Elettronico
RICERCA
• Dinamica/Fueling di buchi neri supermassivi in galassie in interazione
• Dinamica/Fueling di buchi neri massivi in dischi circumnucleari
• Controparti elettromagnetiche di buchi neri in coalescenza in relazione a
LISA
• Ultra-Luminous X-Ray Sources: buchi neri di massa intermedia in
ambienti di bassa metallicita'.
Personale
Monica Colpi
Emanuele Ripamonti
Giorgio Calderone
Descrizione della Ricerca
I. Buchi neri supermassivi
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Il progetto ESA-NASA LISA, acronimo di Laser Interferometer Space Antenna,
prevede entro il 2023 la rivelazione diretta di onde gravitazionali emesse in eventi di
coalescenza di buchi neri supermassivi binari. Masse e spin dei buchi neri potranno
essere determinate con straordinaria accuratezza, permettendo in tale modo di
tracciare la loro evoluzione cosmica e di evidenziare il ruolo dell'aggregazione
gerarchica nella formazione delle strutture cosmiche.
Lo studio della dinamica di formazione di buchi neri binari in galassie in interazione,
così cruciale per realizzare un evento LISA, è diventato argomento centrale della
ricerca negli ultimi cinque anni. Condotta con tecniche SPH/N-Body fra le più
avanzate al mondo, la ricerca ha portato ai seguenti risultati:
(i) Formazione di buchi neri binari in galassie in collisione
Simulazioni di “minor e major mergers” sono state in grado di stabilire a livello
quantitativo la sensibilità del processo di accoppiamento dinamico (pairing) dei
buchi neri su scale superiori ai 100 pc, in funzione dell'ambiente, della dinamica
dell'incontro, del rapporto di massa e dello stato termodinamico del gas.
Simulazioni di major mergers (le più accurate in letteratura) con buchi neri massivi
hanno catturato per la prima volta il momento di formazione di una “binaria
Kepleriana” immersa in un disco circumnucleare massivo.
Simulazioni di major mergers hanno indicato il ruolo centrale delle instabilità
gravitazionali (tides and bar instabilities), della formazione stellare e del feedback
radiativo
(a) nella dinamica di pairing di buchi neri su scale dal kpc al paresec;
(b) nella crescita in massa del buco nero in relazione con la dispersione di velocità
stellare della galassia relitto.
(ii) Buchi neri di massa intermedia (IMBH): MSPs e ULXs
L'esistenza di buchi neri con masse superiori a 100 masse solari è attesa da diverse
teorie sulla formazione dei buchi neri supermassivi (pop III stars/seed black holes
from collapsing gasoues discs). Siti ideali per la loro formazione sono ammassi
stellari densi.
In tre ammassi globulari (G1, NGC 6752, e M15) è stata segnalata la presenza di
materia non luminosa riconducibile alla presenza di un IMBH centrale.
Inoltre, molte sorgenti enigmatiche note come Ultra-Luminous X-Ray sources
(ULXs), osservate in regioni di elevata formazione stellare, sono interpretate come
IMBHs in accrescimento in sistemi binari.
La ricerca di IMBHs in diversi contesti ha motivato lo sviluppo di alcuni studi fra i
quali l'interpretazione di ULXs in Cartwheel e galassia ad anello riconducibili ad
eventi di intensa formazione stellare in ambiente NON metallico.
Collaborazioni:
Albert Einstein Institute Potsdam
Pagina 29 di 71
Institute for Theoretical Studies, University of Zurich
University of Michigan
Univerità dell'Insubria
Pubblicazioni:
1) A. Perego, M. Dotti, M. Colpi, M. Volonteri:
Mass and spin co-evolution during the alignment of a black hole in a
warped accretion disc
MNRAS, 2009, 399, 2249
2) M. Dotti, C. Montuori, R. Decarli, M. Volonteri, M. Colpi, F. Haardt:
SDSSJ092712.65+294344.0: a candidate massive black hole binary
MNRAS, 2009, 398, L73
3) M. Dotti, M. Ruszkowski, L. Paredi, M. Colpi, M. Volonteri, F. Haardt:
Dual black holes in merger remnants - I. Linking accretion to dynamics
MNRAS, 2009, 369, 1640
3) M. Colpi, M. Dotti:
Massive Binary Black Holes in the Cosmic Landscape
Advance Science Letters, Review, 2009, arXiv0906.4339
4) R. Decarli, A. Treves, R. Falomo, M. Dotti, M. Colpi, J.K.
Kotilainen, C. Montuori, M. Uslenghi:
Probing the Nature of the Massive Black Hole Binary Candidate SDSS J1536+0441
ApJ, 2009, 703, L76
5) M. Mapelli, M. Colpi, L. Zampieri:
Low metallicity and ultra-luminous X-ray sources in the Cartwheel galaxy
MNRAS, 2009, 388, L6
6) M. Colpi, S. Callegari, M. Dotti. L. Mayer:
Massive black hole binary evolution in gas-rich mergers
Classical \& Quantum Gravity, 2009, 26, Issue 9, pp. 094029
7) S. Callegari, L. Mayer, S. Kazantzidis, M. Colpi, F. Governato, T. Quinn,
J. Wadsley:
Pairing of Supermassive Black Holes in Unequal-Mass Galaxy Mergers
ApJ, 2009, 696, L89
8) B. Devecchi, M. Dotti, M. Volonteri, M. Colpi:
Imprints of recoiling massive black holes on the hot gas of early-type galaxies
MNRAS, 2009, 394, 633
9) M. Colpi, B. Devecchi:
Dynamical Formation and Evolution of Neutron Star and Black Hole
Binaries in Globular Clusters
Pagina 30 di 71
2009, Physics of Relativistic Objects in Compact Binaries: from Birth to
Coalescence,
Edited by M. Colpi, P. Casella, V. Gorini, U. Moschella and A. Possenti.
Astrophysics and Space Science Library, Vol. 359. Berlin: Springer, 2009.
10) Dotti, M.; Colpi, M.; Maraschi, L.; Perego, A.; Volonteri, M.:
A Path to Radio-Loudness through Gas-Poor Galaxy Mergers and the Role of
Retrograde Accretion and Ejection in AGN: a Global View. Proceedings of a
conference held June 22-26, 2009 in Como, Italy. Edited by Laura Maraschi,
Gabriele Ghisellini, Roberto Della Ceca, and Fabrizio Tavecchio., p.19
• Osservazioni multibanda delle galassie nell'universo locale
• Determinazione dei parametri strutturali delle galassie
• Influenza dell'ambiente sull'evoluzione delle galassie
• Sintesi di popolazione stellare e confronto con le osservazioni
• Determinazione della storia di formazione stellare delle galassie di campo
e di ammasso
Personale
Giuseppe Gavazzi
La ricerca affrontata ormai da anni, rientrante nella categoria “near-field cosmology”
ha come obiettivo un avanzamento della comprensione del fenomeno dell’evoluzione
delle galassie, fornendo solide condizioni al contorno a z=0, derivate da osservazioni
multifrequenza di galassie nell’ammasso della Vergine e nelle sue vicinanze.
Distribuzioni spettrali di energia dettagliate (SED) che stanno per scaturire da survey
in corso/pianificate dall’UV, visibile e lontano-IR permettono di ricostruire la loro
storia di formazione stellare mediante il fit dei loro SED con modelli di sintesi di
popolazione stellare, e di vincolarli utilizzando le misure del contenuto gassoso e del
tasso di formazione stellare attuali (z=0) derivati da campagne di osservazioni radio
(21 cm) e H_alpha in corso.
La ricerca è focalizzata a migliorare la nostra comprensione dell’origine della
dicotomia tra galassie Late-Type vs Early-type nell’universo locale e della sua
dipendenza ambientale, prendendo spunto da quattro survey in corso o pianificate
dell’ammasso della Vergine (l’ammasso ricco piu’ vicino nel volume locale) e della
sua periferia:
ALFALFA (2006-2011): la Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (PI R.
Giovanelli), che prevede l'osservazione di 7000 gradi quadrati di cielo alla
lunghezza d'onda di 21 cm per acquisire la mappa della distribuzione
dell'idrogeno neutro nelle galassie.
H_ALFA^3 (2006-2010): imaging follow-up in H_alfa delle sorgenti ALFALFA
mediante il telescopio di 2.1m dell'Osservatorio Nazionale Messicano OAN (PI
G. Gavazzi) che permetterà' di determinare il tasso di formazione stellare in atto
nelle galassie del superammasso locale (incluso l'ammasso della Vergine) onde
Pagina 31 di 71
stabilire l'efficienza di trasformazione del loro gas in stelle.
NGVS (2009-2012): Next Generation Virgo Survey (PI L. Ferrarese). che
coprira' l'ammasso della Vergine con osservazioni ottiche in 4 bande di
profondita' e risoluzione senza precedenti, mediante il telescopio FrancoCanadese CFHT da 3.6m.
HeViCS: (2009-2011) Herschel Virgo Cluster Survey (PI J. Davies), che
utilizzerà'
il satellite infrarosso Herschel, recentemente lanciato con
successo da ESA, per mappare una porzione consistente dell'ammasso della
Vergine alla scoperta della distribuzione delle polveri nelle sue galassie.
(nota: queste survey sono state elencate tra quelle di rilievo nel Piano Triennale
2009-2011 di INAF, sezione “Galaxy properties, formation and evolution:
observations”)
Sulla base di questo programma G. Gavazzi (PI) ha ottenuto un finanziamento PRIN
(2008) per il progetto: "Studio multifrequenza delle galassie nane nell’ammasso della
Vergine e nelle sue immediate vicinanze". Il finanziamento di circa 12000 euro
contribuirà a sostenere la suddetta ricerca nei prossimi due anni.
Collaborazioni:
IASF/INAF, Milano
Osservatorio di Arcetri (INAF), Firenze
Laboratoire de Astrophysique de Marseille, France
NRC Herzberg Institute of Astrophysics, Canada
University of Cardiff, England
Cornell University, USA
University of California at Santa Cruz, USA
Pubblicazioni 2009
1) Fumagalli, M., Krumholz, M., Prochaska, X., Gavazzi G., Boselli, A.,
"Molecular Hydrogen deficiency in HI-poor galaxies and its implications for star
formation"
2009, ApJ., 697, 1811
2) Grossi, M.; di Serego Alighieri, S., Giovanardi, C., Gavazzi, G., Giovanelli, R.,
Haynes, M. P., Kent, B. R., Pellegrini, S., Stierwalt, S., Trinchieri, G.
"The Hi content of early-type galaxies from the ALFALFA survey. II. The case of
low density environments" 2009, A\&A, 498, 407
3) Boselli, A., Gavazzi G.,
"The HI properties of galaxies in the Coma I cloud revisited" 2009, A\&A, 508, 201
4) A. Boselli, S. Boissier, L. Cortese, V. Buat, T.M. Hughes, Gavazzi G.,
"High mass star formation in normal late-type galaxies: observational constraints to
the IMF"
2009, Apj, 706, 1527
5) A. Boselli, S. Boissier, L. Cortese, Gavazzi G.;
Pagina 32 di 71
The effect of ram-pressure stripping and starvation on the star formation properties of
cluster galaxies. 2009, AN, 330, 904
Pagina 33 di 71
Fisica dei Gamma Ray Bursts
Personale
Guido Chincarini
Paolo D’Avanzo
Raffaella Margutti
The years 2009 – 2010 have been two years of large activity because of the maturity
reached in the observations and relative modeling of the GRBs and the desire to
undertake new challenges in addition to the full exploitation of the Swift satellite of
which I have been, as in the past years, the Italian principal investigator and member
of the International Restricted Executive. I preapared the ASI report of the 2007 –
2010 activity since that contract came to an end and I was going to retire from the
University (Nov 2010).
1.
In these two years I participated to 24 papers in refereed journal with a total of 675
citations. In many of these I had a primary role both in the science and relative
coordination so that I will mention only the work related to these.
•
•
•
I have been primarily interested in understanding the flare activity in GRBs
convinced that this research may eventually lead to fundamental insights into the
physics and related modeling of the source of Energy. Most of this work has
been done in collaboration with Margutti and following the work I published in
2007 (112 citations). See also papers by Margutti et al.
We completed the paper related to GRB090423 for which I asked Dr. Salvaterra
and Della Valle to coordinate the final writing of the paper. This paper is of
some cosmological interest because of its z=8.1 redshift. It required a large
amount of International coordination and local effort in order to get it published
in Nature together with the paper of the other group who worked on this subject
with better instrumentation at hand (TNG observation versus VLT and
GROND).
The rest is more or less routine work or work that has been lead by other
scientists. I would like to refer, however, to the paper by D’Elia et al (2009) on
GRB080319B who is related to the Nature paper published in 2008 by Racusin
et al. and on which I had a prominent role and to the paper by Moretti et al. 2009
that while it reflects work practically done solely by Moretti, id rather
fundamental and reflects a good knowledge of the instrumentation on board of
Swift.
2.
Following the funding (PRIN 2007) of the conceptual study of a large ground based
robotic telescope for the study of transients we completed the study of the Telescope
and focal plane instrumentation to propose for funding of the phase A study and
funding. The approach to ERC funding has not been successful however because of
lack of funds and so far we did not attempt to apply to other agencies. The model and
project has been presented at the GRB meeting in Venice (2009). Meetings and
seminar in Warsaw.
3.
Pagina 34 di 71
In addition to other activities, seminars and meeting (see below) related to the Swift
and other projects I interacted with colleagues in Japan (Yukawa Institute) to set up a
formal collaboration between the Observatory of Brera and the Yukawa Institute of
theoretical Physics. The agreement has been signed by the two Institutes in 2010. I
started procedures since some time to set up a formal collaboration between the
University of Kyoto and the University of Bicocca. This however will require a
much longer procedure and more contacts and presently has been completely
superseded because of the disaster we all are witnessing in Japan.
4.
In 2009 I organized in Venice an International meeting, extremely successful since
the top world scientists participated, and published the proceedings as first Editor
(the proceedings have been dedicated to Bohdan Paczynski). In addition I
participated and gave seminars (or lectures) in:
Paris, Warsaw, Shangai, Israel, Japan (Kyoto and Tokyo), USA (Hawaii), Pantelleria
and Roma.
5.
Finally I chaired the European Research Council Panel PE9 – IDEAS and acted in
various form as referee for PRIN and ERC proposals.
Publications:
1) “GRB 090426: the farthest short gamma-ray burst?”
Antonelli, L. A.; D'Avanzo, P.; Perna, R.; Amati, L.; Covino, S.; Cutini, S.; D'Elia,
V.; Gallozzi, S.; Grazian, A.; Palazzi, E.; Piranomonte, S.; Rossi, A.; Spiro, S.;
Stella, L.; Testa, V.; Chincarini, G.; di Paola, A.; Fiore, F.; Fugazza, D.; Giallongo,
E.; Maiorano, E.; Masetti, N.; Pedichini, F.; Salvaterra, R.; Tagliaferri, G.; Vergani,
S.
Astronomy and Astrophysics, Volume 507, Issue 3, 2009, pp.L45-L48
2) “GRB090111: extra soft steep-decay emission and peculiar rebrightening”
Margutti, R.; Sakamoto, T.; Chincarini, G.; Guidorzi, C.; Mao, J.; Pasotti, F.;
Burrows, D.; D'Avanzo, P.; Campana, S.; Barthelmy, S. D.; Gehrels, N.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 400, Issue 1,
pp. L1-L5
3) “GRB090423 at a redshift of z~8.1”
Salvaterra, R.; Della Valle, M.; Campana, S.; Chincarini, G.; Covino, S.; D'Avanzo,
P.; Fernández-Soto, A.; Guidorzi, C.; Mannucci, F.; Margutti, R.; Thöne, C. C.;
Antonelli, L. A.; Barthelmy, S. D.; de Pasquale, M.; D'Elia, V.; Fiore, F.; Fugazza,
D.; Hunt, L. K.; Maiorano, E.; Marinoni, S.; Marshall, F. E.; Molinari, E.; Nousek,
J.; Pian, E.; Racusin, J. L.; Stella, L.; Amati, L.; Andreuzzi, G.; Cusumano, G.;
Fenimore, E. E.; Ferrero, P.; Giommi, P.; Guetta, D.; Holland, S. T.; Hurley, K.;
Israel, G. L.; Mao, J.; Markwardt, C. B.; Masetti, N.; Pagani, C.; Palazzi, E.; Palmer,
D. M.; Piranomonte, S.; Tagliaferri, G.; Testa, V.
Nature, Volume 461, Issue 7268, pp. 1258-1260 (2009)
Pagina 35 di 71
4) “Cleaning the Virgo sampled data for the search of periodic sources of
gravitational waves”
Acernese, F.; Alshourbagy, M.; Antonucci, F.; Aoudia, S.; Arun, K. G.; Astone, P.;
Ballardin, G.; Barone, F.; Barsuglia, M.; Bauer, Th S.; Beker, M.; Bigotta, S.;
Birindelli, S.; Bizouard, M. A.; Boccara, C.; Bondu, F.; Bonelli, L.; Bosi, L.;
Braccini, S.; Bradaschia, C.; Brillet, A.; Brisson, V.; Bulten, H. J.; Buskulic, D.;
Cagnoli, G.; Calloni, E.; Campagna, E.; Canuel, B.; Carbognani, F.; Carbone, L.;
Cavalier, F.; Cavalieri, R.; Cella, G.; Chassande Mottin, E.; Chatterji, S.; Chincarini,
A.; Cleva, F.; Coccia, E.; Colas, J.; Colla, A.; Colombini, M.; Corda, C.; orsi, A.;
Coulon, J.-P.; Cuoco, E.; D'Antonio, S.; Dari, A.; Dattilo, V.; Davier, M.; Day, R.;
De Rosa, R.; del Prete, M.; Di Fiore, L.; Di Lieto, A.; Emilio, M. Di Paolo; Di
Virgilio, A.; Drago, M.; Fafone, V.; Ferrante, I.; Fidecaro, F.; Fiori, I.; Flaminio, R.;
Fournier, J.-D.; Franc, J.; Frasca, S.; Frasconi, F.; Freise, A.; Gammaitoni, L.;
Garufi, F.; Gemme, G.; Genin, E.; Gennai, A.; Giazotto, A.; Granata, M.; Granata,
V.; Greverie, C.; Guidi, G.; Heitmann, H.; Hello, P.; Hild, S.; Huet, D.; La Penna, P.;
Leroy, N.; Letendre, N.; Lorenzini, M.; Loriette, V.; Losurdo, G.; Mackowski, J.-M.;
Majorana, E.; Man, N.; Mantovani, M.; Marchesoni, F.; Marion, F.; Marque, J.;
Martelli, F.; Masserot, A.; Menzinger, F.; Michel, C.; Milano, L.; Minenkov, Y.;
Mohan, M.; Moreau, J.; Morgado, N.; Morgia, A.; Mosca, S.; Moscatelli, V.; Mours,
B.; Neri, I.; Nocera, F.; Pagliaroli, G.; Palomba, C.; Paoletti, F.; Pardi, S.;
Pasqualetti, A.; Passaquieti, R.; Passuello, D.; Persichetti, G.; Pichot, M.;
Piergiovanni, F.; Pinard, L.; Poggiani, R.; Prato, M.; Prodi, G. A.; Punturo, M.;
Puppo, P.; Rabaste, O.; Rapagnani, P.; Re, V.; Regimbau, T.; Ricci, F.; Robinet, F.;
Rocchi, A.; Rolland, L.; Romano, R.; Ruggi, P.; Salemi, F.; Sassolas, B.; Sentenac,
D.; Sturani, R.; Swinkels, B.; Terenzi, R.; Toncelli, A.; Tonelli, M.; Tournefier, E.;
Travasso, F.; Trummer, J.; Vajente, G.; van den Brand, J. F. J.; van der Putten, S.;
Vavoulidis, M.; Vedovato, G.; Verkindt, D.; Vetrano, F.; Viceré, A.; Vinet, J.-Y.;
Vocca, H.; Was, M.; Yvert, M.
Classical and Quantum Gravity, Volume 26, Issue 20, pp. 204002 (2009)
5) “Palermo Swift-BAT Hard X-ray Catalogue (Cusumano+, 2010)”
Cusumano, G.; La Parola, V.; Segreto, A.; Mangano, V.; Ferrigno, C.; Maselli, A.;
Romano, P.; Mineo, T.; Sbarufatti, B.; Campana, S.; Chincarini, G.; Giommi, P.;
Masetti, N.; Moretti, A.; Tagliaferri, G.
VizieR On-line Data Catalog: J/A+A/510/A48. Originally published in:
2010A&A...510A..48C
6) “Methods and results of an automatic analysis of a complete sample of Swift-XRT
observations of GRBs”
Evans, P. A.; Beardmore, A. P.; Page, K. L.; Osborne, J. P.; O'Brien, P. T.;
Willingale, R.; Starling, R. L. C.; Burrows, D. N.; Godet, O.; Vetere, L.; Racusin, J.;
Goad, M. R.; Wiersema, K.; Angelini, L.; Capalbi, M.; Chincarini, G.; Gehrels, N.;
Kennea, J. A.; Margutti, R.; Morris, D. C.; Mountford, C. J.; Pagani, C.; Perri, M.;
Romano, P.; Tanvir, N.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 397, Issue 3, pp. 11771201
Pagina 36 di 71
7) “High energy emission from massive stars: the precocious X-Ray recovery of Eta
Carinae after January 2009 minimum”
Pian, Elena; Campana, Sergio; Chincarini, Guido; Corcoran, Michael F.; Hamaguchi,
Kenji; Gull, Theodore; Mazzali, Paolo A.; Thoene, Christina C.; Morris, David;
Gehrels, Neil
proceedings of Conf. "Neutron Stars and Gamma-Ray Bursts" - Cairo and
Alexandria, Egypt, 30 Mar-4 Apr 2009, Eds. A. Ibrahim and J. Grindlay
8) “Evidence for luminosity evolution of long gamma-ray bursts in Swift data”
Salvaterra, R.; Guidorzi, C.; Campana, S.; Chincarini, G.; Tagliaferri, G.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 396, Issue 1, pp. 299303
9) “The optical afterglows and host galaxies of three short/hard gamma-ray bursts”
D'Avanzo, P.; Malesani, D.; Covino, S.; Piranomonte, S.; Grazian, A.; Fugazza, D.;
D'Elia, V.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; Della Valle, M.; Fiore, F.;
Goldoni, P.; Mao, J.; Margutti, R.; Perna, R.; Salvaterra, R.; Stratta, G.; Tagliaferri,
G.; Stella, L.
PROBING STELLAR POPULATIONS OUT TO THE DISTANT UNIVERSE:
CEFALU 2008, Proceedings of the International Conference. AIP Conference
Proceedings, Volume 1111, pp. 524-527 (2009)
10) “Flares in gamma ray bursts”
Swift Italian Team; Chincarini, Guido; Margutti, Raffaella; Mao, Jirong; Pasotti,
Francesco; Guidorzi, Cristiano; Covino, Stefano; D'Avanzo, Paolo; Swift Italian
Team
Advances in Space Research, Volume 43, Issue 9, p. 1457-1463
11) “Rise and fall of the X-ray flash 080330: an off-axis jet?”:
Guidorzi, C.; Clemens, C.; Kobayashi, S.; Granot, J.; Melandri, A.; D'Avanzo, P.;
Kuin, N. P. M.; Klotz, A.; Fynbo, J. P. U.; Covino, S.; Greiner, J.; Malesani, D.;
Mao, J.; Mundell, C. G.; Steele, I. A.; Jakobsson, P.; Margutti, R.; Bersier, D.;
Campana, S.; Chincarini, G.; D'Elia, V.; Fugazza, D.; Genet, F.; Gomboc, A.;
Krühler, T.; Küpcü Yoldaş, A.; Moretti, A.; Mottram, C. J.; O'Brien, P. T.; Smith, R.
J.; Szokoly, G.; Tagliaferri, G.; Tanvir, N. R.; Gehrels, N.
Astronomy and Astrophysics, Volume 499, Issue 2, 2009, pp.439-453
12) “The optical afterglows and host galaxies of three short/hard gamma-ray bursts”
D'Avanzo, P.; Malesani, D.; Covino, S.; Piranomonte, S.; Grazian, A.; Fugazza, D.;
Margutti, R.; D'Elia, V.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; Della Valle,
M.; Fiore, F.; Goldoni, P.; Mao, J.; Perna, R.; Salvaterra, R.; Stella, L.; Stratta, G.;
Tagliaferri, G.
13) “Swift-XRT observations of GRBs (Evans+, 2009)”
Evans, P. A.; Beardmore, A. P. Page K. L.; Osborne, J. P.; O'Brien, P. T.; Willingale,
R.; Starling, R. L. C.; Burrows, D. N.; Godet, O.; Vetere, L.; Racusin, J.; Goad, M.
R.; Wiersema, K.; Angelini, L.; Capalbi, M.; Chincarini, G.; Gehrels, N.; Kennea, J.
Pagina 37 di 71
A.; Margutti, R.; Morris, D. C.; Mountford, C. J.; Pagani, C.; Perri, M.; Romano, P.;
Tanvir, N.
VizieR On-line Data Catalog: J/MNRAS/397/1177. Originally published in:
2009MNRAS.397.1177E
14) “EDGE: Explorer of diffuse emission and gamma-ray burst explosions”
Piro, L.; den Herder, J. W.; Ohashi, T.; Amati, L.; Atteia, J. L.; Barthelmy, S.;
Barbera, M.; Barret, D.; Basso, S.; Boer, M.; Borgani, S.; Boyarskiy, O.; Branchini,
E.; Branduardi-Raymont, G.; Briggs, M.; Brunetti, G.; Budtz-Jorgensen, C.;
Burrows, D.; Campana, S.; Caroli, E.; Chincarini, G.; Christensen, F.; Cocchi, M.;
Comastri, A.; Corsi, A.; Cotroneo, V.; Conconi, P.; Colasanti, L.; Cusumano, G.; de
Rosa, A.; Del Santo, M.; Ettori, S.; Ezoe, Y.; Ferrari, L.; Feroci, M.; Finger, M.;
Fishman, G.; Fujimoto, R.; Galeazzi, M.; Galli, A.; Gatti, F.; Gehrels, N.; Gendre,
B.; Ghirlanda, G.; Ghisellini, G.; Giommi, P.; Girardi, M.; Guzzo, L.; Haardt, F.;
Hepburn, I.; Hermsen, W.; Hoevers, H.; Holland, A.; in't Zand, J.; Ishisaki, Y.;
Kawahara, H.; Kawai, N.; Kaastra, J.; Kippen, M.; de Korte, P. A. J.; Kouveliotou,
C.; Kusenko, A.; Labanti, C.; Lieu, R.; Macculi, C.; Makishima, K.; Matt, G.;
Mazzotta, P.; McCammon, D.; Méndez, M.; Mineo, T.; Mitchell, S.; Mitsuda, K.;
Molendi, S.; Moscardini, L.; Mushotzky, R.; Natalucci, L.; Nicastro, F.; O'Brien, P.;
Osborne, J.; Paerels, F.; Page, M.; Paltani, S.; Pareschi, G.; Perinati, E.; Perola, C.;
Ponman, T.; Rasmussen, A.; Roncarelli, M.; Rosati, P.; Ruchayskiy, O.; Quadrini,
E.; Sakurai, I.; Salvaterra, R.; Sasaki, S.; Sato, G.; Schaye, J.; Schmitt, J.; Sciortino,
S.; Shaposhnikov, M.; Shinozaki, K.; Spiga, D.; Suto, Y.; Tagliaferri, G.; Takahashi,
T.; Takei, Y.; Tawara, Y.; Tozzi, P.; Tsunemi, H.; Tsuru, T.; Ubertini, P.; Ursino, E.;
Viel, M.; Vink, J.; White, N.; Willingale, R.; Wijers, R.; Yoshikawa, K.; Yamasaki,
N.
Experimental Astronomy, Volume 23, Issue 1, pp.67-89
15) “The Prompt, High-Resolution Spectroscopic View of he "Naked-Eye"
GRB080319B”
D'Elia, V.; Fiore, F.; Perna, R.; Krongold, Y.; Covino, S.; Fugazza, D.; Lazzati, D.;
Nicastro, F.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; D'Avanzo, P.; Della
Valle, M.; Goldoni, P.; Guetta, D.; Guidorzi, C.; Meurs, E. J. A.; Mirabel, F.;
Molinari, E.; Norci, L.; Piranomonte, S.; Stella, L.; Stratta, G.; Tagliaferri, G.; Ward,
P.
The Astrophysical Journal, Volume 694, Issue 1, pp. 332-338 (2009)
16) “Type Ib Supernova 2008D Associated With the Luminous X-Ray Transient
080109: An Energetic Explosion of a Massive Helium Star”
Tanaka, Masaomi; Tominaga, Nozomu; Nomoto, Ken'ichi; Valenti, S.; Sahu, D. K.;
Minezaki, T.; Yoshii, Y.; Yoshida, M.; Anupama, G. C.; Benetti, S.; Chincarini, G.;
Della Valle, M.; Mazzali, P. A.; Pian, E.
The Astrophysical Journal, Volume 692, Issue 2, pp. 1131-1142 (2009)
17) “A new measurement of the cosmic X-ray background”
Moretti, A.; Pagani, C.; Cusumano, G.; Campana, S.; Perri, M.; Abbey, A.; Ajello,
M.; Beardmore, A. P.; Burrows, D.; Chincarini, G.; Godet, O.; Guidorzi, C.; Hill, J.
E.; Kennea, J.; Nousek, J.; Osborne, J. P.; Tagliaferri, G.
Pagina 38 di 71
18) “TORTORA observations of GRB 080319B”
Greco, G.; Beskin, G.; Bondar, S.; Karpov, S.; Bartolini, C.; Guarnieri, A.; Piccioni,
A.; Molinari, E.; Covino, S.; Guidorzi, C.; Chincarini, G.
Memorie della Società Astronomica Italiana, v.80, p.231 (2009)
• Ricerca di strutture fini della CMB con osservazioni da terra e dallo
spazio.
• Osservazioni astrofisiche a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche.
Personale
Giuliano. Boella
Massimo Gervasi,
Giorgio Sironi
Aandrea Tartari
Mario Zannoni
Andrea Passerini
Sandro Baù,
Sebastiano Spinelli
a) Polarizzazione della CMB:
- Polarimetro a 33 GHz alla Testa Grigia: si è conclusa la campagna di misure –
l’analisi dati è in corso;
- Esperimento BRAIN alla base antartica di Dome Concordia: è partita una nuova
campagna di misure con lo strumento “pathfinder”;
- Interferometro QUBIC: prosegue lo studio ed i test per definire il primo modulo del
interferometro/polarimetro bolo metrico da installare a Dome Concordia;
- Ricerca dei modi-B della polarizzazione della CMB: partecipazione allo studio del
progetto spaziale in previsione di una “call” dell’ESA e di un esperimento dell’ASI.
b) Astronomia a lunghezze millimetriche e sub-millimetriche:
- Analizzatore vettoriale di Reti: è stata ultimata l’installazione del nuovo VNA;
- Facility di test: completamento della camera criogenica per test elettromagnetico
dei componenti e interfacciamento con il nuovo VNA;
c) M. Gervasi partecipa all’esperimento AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale
per la misura dettagliata dei Raggi Cosmici dallo spazio e la ricerca di antimateria e
materia oscura.
d) M. Zannoni partecipa al PRIN 2007 CODEVISIR, studio di fattibilità di un
telescopio VIS-NIR robotico classe 4m per lo studio dell’afterglow dei GRB (Short e
Long) e per un monitoring di Supernovae nell’ammasso della Vergine.
Esperimenti in corso:
1) Polarimetro di Milano (MiPol)
2) SAGACE
Pagina 39 di 71
3) Esperimento BRAIN
4) QUBIC
5) Laboratorio di criogenia per il test di componenti a microonde
6) Laboratorio microonde
Collaborazioni:
IASF/INAF Milano
Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma “La Sapienza”
Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano
IFSI/INAF Torino
IASF/INAF Bologna
IRA/INAF Arcetri
IEIIT/CNR Torino
Dipartimento di Fisica, Università dell’Insubria, Como
Dipartimento di Elettronica, Politecnico di Milano
IEN Galileo Ferraris Torino
Dept of Physics and Astronomy - Manchester University (UK)
CESR-CNRS-UPS Toulouse (Fr)
Laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) - Parigi
Attività didattica
I componenti del Gruppo Radio hanno sviluppato una intensa attività didattica con
corsi di base presso i Corsi di Laurea esterni in Matematica (G. Sironi), in Chimica
(M. Gervasi) ed in Scienza dell'Informazione (G. Boella) e per il Corso di Laurea
triennale in Fisica (M. Gervasi: Laboratorio di Astrofisica) e per quello biennale in
Astrofisica e Fisica dello Spazio (G. Sironi: Processi Radiativi e M. Zannoni:
Strumentazione Astronomica).
Attività di divulgazione e supporto alla didattica
1) sviluppo di strumentazione per LABEX, laboratorio del Progetto Lauree
Scientifiche.
2) realizzazione di uno stage residenziale di due settimane su Antenne ed
Elettromagnetismo
nel mese di Settembre rivolto a studenti di scuola media superiore (20 partecipanti)
3) seminari presso scuole coordinati dalla Prof.sa M. Calvi
Pubblicazioni:
1) “Superconducting Planar Devices for Cosmology”
Ghribi, A.; Bélier, B.; Boussaha, F.; Bréelle, E.; Piat, M.; Spinelli, S.; Tartari, A.;
Zannoni, M.
THE
THIRTEENTH
INTERNATIONAL
WORKSHOP
ON
LOW
TEMPERATURE DETECTORS-LTD13. AIP Conference Proceedings, Volume
1185, pp. 506-510 (2009)
Pagina 40 di 71
2) “Spectroscopic Active Galaxies and Clusters Explorer”
Ferrari, L.; Bagliani, D.; Bardi, A.; Battistelli, E.; Birkinshaw, M.; Colafrancesco, S.;
Conte, A.; Debernardis, P.; Degregori, S.; Depetris, M.; de Zotti, G.; Donati, A.;
Franceschini, A.; Gatti, F.; Gervasi, M.; Gonzalez-Nuevo, J.; Lamagna, L.; Luzzi,
G.; Maiolino, M.; Marchegiani, P.; Mariani, A.; Masi, S.; Massardi, M.; Mauskopf,
P.; Nati, L.; Nati, F.; Natoli, P.; Piacentini, F.; Polenta, G.; Porciani, M.; Savini, G.;
Schillaci, A.; Spinelli, S.; Tartari, A.; Tavanti, M.; Tortora, A.; Vaccari, M.;
Vaccarone, R.; Zannoni, M.
THE
THIRTEENTH
INTERNATIONAL
WORKSHOP
ON
LOW
TEMPERATURE DETECTORS-LTD13. AIP Conference Proceedings, Volume
1185, pp. 483-486 (2009)
3) “A demonstrator for bolometric interferometry”
Ghribi, Adnan; Tartari, Andrea; Galli, Silvia; Piat, Michel; Breelle, Eric; Hamilton,
Jean-Christophe; Spinelli, Sebastiano; Gervasi, Massimo; Zannoni, Mario
2009arXiv0902.0385G
4) “Fluxes and nuclear abundances of cosmic rays inside the magnetosphere using a
transmission function approach”
Bobik, P.; Boella, G.; Boschini, M. J.; Gervasi, M.; Grandi, D.; Kudela, K.; Pensotti,
S.; Rancoita, P. G.
Advances in Space Research, Volume 43, Issue 3, p. 385-393
5) “Observing the Evolution of the Universe”
Aguirre, James; Amblard, Alexandre; Ashoorioon, Amjad; Baccigalupi, Carlo; Balbi,
Amedeo; Bartlett, James; Bartolo, Nicola; Benford, Dominic; Birkinshaw, Mark;
Bock, Jamie; Bond, Dick; Borrill, Julian; Bouchet, Franois; Bridges, Michael; Bunn,
Emory; Calabrese, Erminia; Cantalupo, Christopher; Caramete, Ana; Carbone,
Carmelita; Chatterjee, Suchetana; Church, Sarah; Chuss, David; Contaldi, Carlo;
Cooray, Asantha; Das, Sudeep; De Bernardis, Francesco; De Bernardis, Paolo; De
Zotti, Gianfranco; Delabrouille, Jacques; -Xavier Dsert, F.; Devlin, Mark; Dickinson,
Clive; Dicker, Simon; Dobbs, Matt; Dodelson, Scott; Dore, Olivier; Dotson, Jessie;
Dunkley, Joanna; Falvella, Maria Cristina; Fixsen, Dale; Fosalba, Pablo; Fowler,
Joseph; Gates, Evalyn; Gear, Walter; Golwala, Sunil; Gorski, Krzysztof; Gruppuso,
Alessandro; Gundersen, Josh; Halpern, Mark; Hanany, Shaul; Hazumi, Masashi;
Hernandez-Monteagudo, Carlos; Hertzberg, Mark; Hinshaw, Gary; Hirata,
Christopher; Hivon, Eric; Holmes, Warren; Holzapfel, William; Hu, Wayne;
Hubmayr, Johannes; Huffenberger, Kevin; Irwin, Kent; Jackson, Mark; Jaffe,
Andrew; Johnson, Bradley; Jones, William; Kaplinghat, Manoj; Keating, Brian;
Keskitalo, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will; Kisner, Theodore; Knox, Lloyd;
Kogut, Alan; Komatsu, Eiichiro; Kosowsky, Arthur; Kovac, John; Krauss,
Lawrence; Kurki-Suonio, Hannu; Landau, Susana; Lawrence, Charles; Leach,
Samuel; Lee, Adrian; Leitch, Erik; Leonardi, Rodrigo; Lesgourgues, Julien; Liddle,
Andrew; Lim, Eugene; Limon, Michele; Loverde, Marilena; Lubin, Philip;
Magalhaes, Antonio; Maino, Davide; Marriage, Tobias; Martin, Victoria; Matarrese,
Sabino; Mather, John; Mathur, Harsh; Matsumura, Tomotake; Meerburg, Pieter;
Melchiorri, Alessandro; Meyer, Stephan; Miller, Amber; Milligan, Michael;
Moodley, Kavilan; Neimack, Michael; Nguyen, Hogan; O'Dwyer, Ian; Orlando,
Pagina 41 di 71
Angiola; Pagano, Luca; Page, Lyman; Partridge, Bruce; Pearson, Timothy; Peiris,
Hiranya; Piacentini, Francesco; Piccirillo, Lucio; Pierpaoli, Elena; Pietrobon,
Davide; Pisano, Giampaolo; Pogosian, Levon; Pogosyan, Dmitri; Ponthieu, Nicolas;
Popa, Lucia; Pryke, Clement; Raeth, Christoph; Ray, Subharthi; Reichardt, Christian;
Ricciardi, Sara; Richards, Paul; Rocha, Graca; Rudnick, Lawrence; Ruhl, John;
Rusholme, Benjamin; Scoccola, Claudia; Scott, Douglas; Sealfon, Carolyn; Sehgal,
Neelima; Seiffert, Michael; Senatore, Leonardo; Serra, Paolo; Shandera, Sarah;
Shimon, Meir; Shirron, Peter; Sievers, Jonathan; Sigurdson, Kris; Silk, Joe;
Silverberg, Robert; Silverstein, Eva; Staggs, Suzanne; Stebbins, Albert; Stivoli,
Federico; Stompor, Radek; Sugiyama, Naoshi; Swetz, Daniel; Tartari, Andrea;
Tegmark, Max; Timbie, Peter; Tristram, Matthieu; Tucker, Gregory; Urrestilla, Jon;
Vaillancourt, John; Veneziani, Marcella; Verde, Licia; Vieira, Joaquin; Watson,
Scott; Wandelt, Benjamin; Wilson, Grant; Wollack, Edward; Wyman, Mark; Yadav,
Amit; Yannick, Giraud-Heraud; Zahn, Olivier; Zaldarriaga, Matias; Zemcov,
Michael; Zwart, Jonathan
Science White Paper submitted to the US Astro2010 Decadal Survey. Full list of 177
author available at http://cmbpol.uchicago.edu 2009arXiv0903.0902°
6) “The Origin of the Universe as Revealed Through the Polarization of the Cosmic
Microwave Background”
Dodelson, Scott; Easther, Richard; Hanany, Shaul; McAllister, Liam; Meyer,
Stephan; Page, Lyman; Ade, Peter; Amblard, Alexander; Ashoorioon, Amjad;
Baccigalupi, Carlo; Balbi, Amedeo; Bartlett, James; Bartolo, Nicola; Baumann,
Daniel; Beltran, Maria; Benford, Dominic; Birkinshaw, Mark; Bock, Jamie; Bond,
Dick; Borrill, Julian; Bouchet, Franois; Bridges, Michael; Bunn, Emory; Calabrese,
Erminia; Cantalupo, Christopher; Caramete, Ana; Carbone, Carmelita; Carroll, Sean;
Chatterjee, Suchetana; Chen, Xingang; Church, Sarah; Chuss, David; Contaldi,
Carlo; Cooray, Asantha; Creminelli, Paolo; Das, Sudeep; Bernardis, Francesco De;
de Bernardis, Paolo; Delabrouille, Jacques; Dsert, F. Xavier; Devlin, Mark;
Dickinson, Clive; Dickler, Simon; DiPirro, Michael; Dobbs, Matt; Dore, Olivier;
Dotson, Jessie; Dunkley, Joanna; Dvorklin, Cora; Eriksen, Hans Kristian; Falvella,
Maria Christiana; Finley, Dave; Finkbeiner, Douglas; Fixen, Dale; Flauger, Raphael;
Fosalba, Pablo; Fowler, Joseph; Galli, Silvia; Gates, Evalyn; Gear, Walter; GiraudHeraud, Yannick; Gorski, Krzysztof; Greene, Brian; Gruppuso, Alessandro;
Gundersen, Josh; Halpern, Mark; Hirata, Christopher; Hivon, Eric; Holman, Richard;
Holmes, Warren; Hu, Wayne; Hubmayr, Johannes; Huffenberger, Kevin; Hui,
Howard; Hui, Lam; Irwin, Kent; Jackson, Mark; Jaffe, Andrew; Johnson, Bradley;
Johnson, Dean; Jones, William; Kachru, Shamit; Kadota, Kenji; Kaplan, Jean;
Kaplinghat, Manoj; Keating, Brian; Keskitalo, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will;
Kisner, Theodore; Knox, Lloyd; Kodama, Hideo; Kogut, Alan; Komatsu, Eiichiro;
Kosowsky, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will; Kisner, Theodore; Kurki-Suonio,
Hannu; Lamarre, Jean-Michel; Landau, Susana; Leach, Samuel; Leblond, Louis;
Lee, Adrian; Leitch, Erik; Leonardi, Rodrigo; Lesgourgues, Julien; Liddle, Andrew;
Lim, Eugene; Limon, Michele; Loverde, Marilena; Lubin, Philip; Lunghi, Enrico;
Lykken, Joseph; MacTavish, Carolyn; Magalhaes, Antonio; Maino, Davide; Martin,
Victoria; Matarrese, Sabino; Mather, John; Mathur, Harsh; Matsumura, Tomotake;
Meerburg, Pieter; Melchiorri, Alessandro; Mersini-Houghton, Laura; Miller, Amber;
Milligan, Michael; Moodley, Kavilan; Neimack, Michael; Nguyen, Hogan; Nicolis,
Pagina 42 di 71
Alberto; O'Dwyer, Ian; Olinto, Angela; Pagano, Luca; Pajer, Enrico; Partridge,
Bruce; Pearson, Timothy; Peiris, Hiranya; Peloso, Marco; Piacentini, Francesco;
Piat, Michel; Piccirillo, Lucio; Pierpaoli, Elena; Pietrobon, Davide; Pisano,
Giampaolo; Pogosian, Levon; Pogosyan, Dmitri; Ponthieu, Nicolas; Popa, Lucia;
Pryke, Clement; Raeth, Christoph; Ray, Subharthi; Reichardt, Christian; Ricciardi,
Sara; Richards, Paul; Riotto, Antonio; Rocha, Graca; Ruhl, John; Rusholme,
Benjamin; Scherrer, Robert; Scoccola, Claudia; Scott, Douglas; Sealfon, Carolyn;
Sefusatti, Emiliano; Sehgal, Neelima; Seiffert, Michael; Serra, Paolo; Shandera,
Sarah; Shimon, Meir; Shirron, Peter; Sievers, Jonathan; Silk, Joe; Sigurdson, Kris;
Silverberg, Robert; Silverstein, Eva; Staggs, Suzanne; Starkman, Glenn; Stebbins,
Albert; Stivoli, Federico; Stompor, Radek; Sugiyama, Naoshi; Swetz, Daniel;
Tartari, Andrea; Tegmark, Max; Timbie, Peter; Titov, Maxim; Tristram, Matthieu;
Trodden, Mark; Tucker, Gregory; Urrestilla, Jon; Veneziani, Marcella; Verde, Licia;
Vieira, Joaquin; Walker, Terry; Wands, David; Watson, Scott; Weinberg, Steven;
Weiss, Rainer; Wandelt, Benjamin; Winstein, Bruce; Wollack, Edward; Wyman,
Mark; Yadav, Amit; Won Yoon, Ki; Zahn, Olivier; Zaldarriage, Mattias; Zemcov,
Michael; Zwart, Jonathan
Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey, Science White Papers,
no. 67
Cosmologia e fisica dei neutrini
Personale
S. Bonometto
G. La Vacca
During 2009, our work was focused on two basic questions:
(i) The quest for the nature of the dark cosmic components.
(ii) (ii) How to constrain neutrino physics by using astrophysical inputs.
This research made also recourse to fitting techniques and to N-body simulations. A
significant part of it was aimed to prepare tools to use week lensing tomographic data
which promise to be the best approach to probe the properties of Dark Energy,
providing reliable data on its state equation and on possible energy flows between the
dark components. These ideas are part of the project EUCLID, to whose preparation
we contribute.
Within this context we deepened the spectral equivalence criterion, enabling one to
find the spectra of any cosmology with arbitrary DE state equation w(z), at any z, by
using suitable, z-dependent, auxiliary models with w=const. The criterion was tested
also in the hydrodynamical range, by performing the first hydro simulations of
dynamical DE models. The efficiency of this technique also outlines a severe
experimental danger. In fact, if forthcoming tomographic data are fitted assuming
w=const, and one finds different "constant" w's for different redshift ranges, the
function w(z) so found IS NOT the variable DE state equation and, as we showed, is
quite far from it.
Pagina 43 di 71
The quest for neutrino properties had led us to find that a cosmology with coupled
CDM-DE and sum of neutrino masses ~1eV provides an excellent fit of data. We
confirmed this point by using the more recent WMAP7 data. These cosmologies
exhibit a likelyhood slightly greater than standard LCDM models (below the 2\sigma level).
Collaborations
Our work was made also in collaboration with physicists of various Institutions.
Among them, someone co-authored also somo of our papers appeared in the last
year. Let us list them:
Luca Amendola, Heidelberg Univ., Theoretical Phys. Dep. (Germany)
Andrea Maccio', MPI fur Astrophysics, Heidelberg (Germany)
Greg Stinson, Jeremiah Horrocks Institute, University of Central
Lancashire, Presto (Britain)
Besides of them, other collaborations are in progress with the New Mexico State
University (Las Cruces, USA) and with the LUTH, Meudon, France.
Papers and meeting reports.
1) G. La Vacca, J.R. Kristiansen, L.P.L. Colombo, R. Mainini, S. A. Bonometto,
Nucl.Phys.Proc.Suppl.194, 254-259, 2009
“Do data favor neutrino mass and a coupling between Cold Dark Matter and Dark
Energy?”
2) Luciano Casarini, Andrea V. Maccio', Silvio A. Bonometto,
JCAP 0903, 014, 2009
“Dynamical Dark Energy simulations: high accuracy Power Spectra at high redshift”
3) G. La Vacca, S. A. Bonometto, L. P. L. Colombo,
New Astron.14, 435-442, 2009
“Higher neutrino mass allowed if Cold Dark Matter and Dark Energy are coupled”
4) Giuseppe La Vacca, Loris P.L. Colombo, Luca Vergani, Silvio Bonometto,
Astrophys.J. 697, 1946-1955, 2009
“Dark Matter - Dark Energy coupling biasing parameter estimates from CMB data”
5) G. La Vacca, J.R. Kristiansen,
JCAP 0907, 036, 2009
“Dynamical Dark Energy model parameters with or without massive neutrinos”
Cosmologia
Giandomenico Sassi
Attività di Ricerca
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1)
Ricerca di tracker solutions per la scalar field equation connessa alla
quintessenza e che valgano sia per epoche radiation dominated, sia matter dominated.
2)
Uso di QCD outputs per ottenere la legge di espansione dell’Universo durante
la transizione cosmologica quark-adroni.
3)
Estensione degli studi connessi alla metrica di Kerr per valutare effetti
connessi ai GRB’s senza ricorrere a modelli consolidati.
4)
Modifica delle geodetiche del collasso gravitazionale con introduzione della
CMB nella metrica di Schwarzschild.
Pubblicazioni
1) G. Sassi, S.A. Bonometto, “The quark-hadron transition in the early universe”
(2009arXiv0910.2573S).
Pagina 45 di 71
FISICA DEI PLASMI
Prof. Marcello Fontanesi
Prof. Giuseppe Gorini
Prof. Claudia Riccardi
Dr. Ruggero Barni
Sig. Moreno Piselli
Sig. Alessandro Mietner
Dr. Eduardo Roman
Dr. Marco Tardocchi
ricercatore universitario
tecnico universitario
tecnico universitario
ricercatore a tempo determinato
ricercatore CNR-INFM con comando presso
CNISM
Sig. Giovanni Posadinu
amministrazione, collaboratore
Dr. Fabrizio Croccolo
collaboratore di ricerca
Dr. Enrico Perelli Cippo
Dr. Roberta Cattaneo Trissino da Lodi collaboratore di ricerca
Dr. Stefano Zanini
Dr. Antonino Pietropaolo
ricercatore CNR-INFM
Dr. Roberto Ziano
dottorando in Fisica
Dr. Francesco Fumagalli
Dr. Marica Rebai
Dr. Massimo Nocente
Dr. Elisa Grimoldi
collaboratore
Dr. Marco Mancin
collaboratore
Dr. Francesco Fumagalli
collaboratore
Dr. Igor Proverbio
collaboratore
Pagina 46 di 71
Attività organizzativa e di coordinamento
Incarichi interni all'Università e altri incarichi
Prof. Marcello Fontanesi
Magnifico Rettore dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca
Membro del Consiglio di Aministrazione del CNR
Membro del Consiglio di Aministrazione della Società Luce di Sincrotrone di
Trieste
Membro del Consiglio della Fondazione Lombardia per l’Ambiente
Presidente del Consorzio Interuniversitario Lombardo per L'Elaborazione
Automatica (CILEA)
Presidente del Consorzio Milano-Ricerche
Membro del comitato scientifico del Consorzio RFX di Padova
Presidente del Consorzio Ricerche Materiali Avanzati (CORIMAV)
Membro dello Steering Committee dell’Euratom
Membro del Consiglio di Aministrazione del Museo Nazionale della Scienza
e della Tecnologia "Leonardo da Vinci”
Prof. Giuseppe Gorini
Coordinatore del progetto europeo Ancient Charm
Coordinatore del progetto PANAREA del CNR
Coordinatore di Facoltà del programma Socrates.
Membro del Collegio Docenti del Dottorato in Nanostrutture, Università di
Milano Bicocca
Collaboratore scientifico dell’Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola”
del CNR
Prof. Claudia Riccardi
Coordinatrice della Laurea Triennale in Fisica
Responsabile scientifico del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo
Membro della Collegio Docenti del Dottorato in Fisica e Astronomia,
Università di Milano Bicocca
Membro della Commissione Brevetti e Spin-Off dell’Università di Milano
Bicocca
Adjunct professor at the University of Tromso (Norvegia)
Dr. Ruggero Barni
Membro eletto della Giunta di Dipartimento.
Membro della Commissione Orientamento della Facoltà di Scienze.
Pagina 47 di 71
Ricerca
Sono attive cinque linee di ricerca principali:
1) Turbolenza nei plasmi magnetizzati:
La ricerca si focalizza sullo studio sperimentale della turbolenza in plasmi di
laboratorio. Le attvità si svolgono sulla macchina toroidale a plasma semplicemente
magnetizzato Thorello del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo e in collaborazione
all'attività sperimentale presso l’Auroral Laboratory (University of Tromso) e il
Centre pour le Physique des Interactions Ionique et Moleculaires PIIM (CNRS Marsiglia). Le ricerche hanno riguardato l’analisi numerica delle proprietà statistiche
delle fluttuazioni, lo studio del meccanismo di diffusione e del trasporto anomalo di
particelle e la ricerca e la caratterizzazione di strutture coerenti. Altre attività
riguardano lo sviluppo di dispositivi di diagnostica dei plasmi magnetizzati tramite
sonde elettrostatiche e ottiche, che sono state fornite anche per le ricerche in corso
presso l’Istituto di Fisica del Plasma IFP (CNR - Milano).
2) Applicazioni industriali dei plasmi:
Le attività di ricerca applicata si svolgono presso il Centro di Eccellenza
PlasmaPrometeo per la ricerca, lo sviluppo ed il trasferimento tecnologico nel campo
dei plasmi. Il Centro, istituito attraverso un accordo di programma tra l’Università e
la Regione Lombardia nel 2004, ha lo scopo di finalizzare la ricerca pubblica a
sostegno del sistema delle imprese, condividendo i risultati più innovativi derivanti
dalle ricerche del gruppo Plasmi (www.plasmaprometeo.unimib.it). Le ricerche si
concentrano sulla progettazione e realizzazione di dispositivi a plasma per il
trattamento superficiale di materiali. Studio ed ottimizzazione di processi di
trattamento a plasmi di tessuti, pelli e altri materiali nell’ambito di contratti con
industrie. Sviluppo di sorgenti a plasma freddo a radiofrequenza. Sviluppo di codici
di simulazione numerica della cinetica chimica dei plasmi. Sviluppo di dispositivi di
diagnostica per plasmi a radiofrequenza tramite sonde elettrostatiche e spettroscopia
ottica di emissione.
3) Microscopia ed analisi dei materiali:
Presso il Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo per la ricerca, lo sviluppo ed il
trasferimento tecnologico nel campo dei plasmi sono stati allestiti tre laboratori per
la microscopia e l’analisi dei materiali. Il primo è dotato di un microscopio a forza
atomica (AFM) in grado di studiare la morfologia superficiale alla scala nanometrica.
Con tecniche analoghe è possibile misurare altri parametri superficiali come la
conducibilità elettrica, l’elasticità e la durezza. Il secondo laboratorio è dotato di un
microscopio a doppio fascio elettronico ed ionico (FIB/SEM). Oltre all’imaging dei
materiali, è possibile effettuare processi di taglio, deposizione e implantazione ionica
su scala micrometrica. Il microscopio può essere utilizzato anche per studiare
campioni biologici (modalità ESEM). Il terzo laboratorio è dedicato all’ottica con un
sistema laser per la diagnostica dei plasmi contenenti nanoparticelle con metodi di
interferometria ottica.
4) Spettroscopia neutronica e gamma dei plasmi termonucleari:
Da tempo la spettroscopia neutronica dei plasmi termonucleari è uno dei temi di
ricerca del gruppo di Fisica dei Plasmi dell'Università di Milano - Bicocca. Questa
attività viene svolta in collaborazione con altre istituzioni tra cui, in particolare,
l'Istituto di Fisica del Plasma del CNR. Tramite la collaborazione con il CNR è
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possibile accedere ai finanziamenti e alle facilities dell'EURATOM. Il principale
risultato ottenuto da queste ricerche ha riguardato la realizzazione di due spettrometri
per neutroni di fusione istallati sul tokamak JET nell’ambito di una collaborazione
con l’Università di Uppsala. Lo spettrometro denominato MPR (magnetic proton
recoil spectrometer) è in uso dal 1996, e ha prodotto dati innovativi in plasmi di
deuterio-trizio con alta potenza di fusione (1-16 MW). Il secondo spettrometro si
basa sulla tecnica del tempo di volo ed è denominato TOFOR (time of flight –
optimized rate). La sua istallazione è stata ultimata e ha iniziato la prese dati in
plasmi di deuterio a partire dalla primavera del 2006. Con questi strumenti è stato
ridefinito il ruolo della spettroscopia neutronica nei plasmi di fusione e, in
particolare, nello studio della dinamica degli ioni veloci nel plasma.
Oltre alla spettroscopia neutronica il gruppo di Bicocca si interessa della
spettroscopia gamma nei plasmi di fusione. In particolare è in corso un progetto che
prevede la realizzazione di nuovi spettrometri gamma ultraveloci da installare su
JET. Nel 2008 è stato istallato su JET un rivelatore di tipo HPGe ad alta efficienza
che ha prodotto i primi risultati di misure di allargamento Doppler di picchi di
emissione gamma. E’ stato inoltre progettato un rivelatore a scintillazione di LaBr3
che opererà a partire dal 2009.
5) Spettroscopia neutronica dei materiali
Nel corso degli anni le competenze inerenti la spettroscopia neutronica dei plasmi
sono state applicate ad un diverso settore della fisica della materia, quello della
diffusione di neutroni epitermici (con energia fino a 100 eV) con applicazioni, ad
esempio, per lo studio della dinamica di singola particella in sistemi quantistici. Sono
in particolare da segnalare due progetti in corso:
Il progetto Ancient Charm. Finanziato dalla Commissione Europea (FP6), il
progetto comprende 10 partner ed è coordinato da Milano-Bicocca. Scopo del
progetto è lo sviluppo di tecniche d’indagine quantitativa e non invasiva dei beni
culturali mediante neutroni. In particolare si utilizzano le risonanze neutroniche per
determinare la mappa tridimensionale della composizione elementare di oggetti di
interesse archeologico o artistico. Nel 2008 sono stati ultimati tutti gli apparati
strumentali necessari per la sperimentazione su campioni di interesse archeologico.
Il progetto PANAREA. Finanziato dal CNR, prevede la realizzazione dell’Accordo
di ricerca “Agreement concerning collaboration in scientific research at the
spallation neutron source ISIS” tra CNR e STFC. Il progetto comprende 4 partner
italiani ed è coordinato da Milano-Bicocca. Scopo del progetto è fornire
strumentazione e risorse umane per la progettazione, costruzione e messa in prova di
due nuove linee di fascio della sorgente di neutroni ISIS. Le due linee hanno come
principale applicazione l’irraggiamento di dispositivi elettronici e l’analisi per
immagini tomografiche.
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Laboratori
Laboratorio per spettroscopia della radiazione.
In collaborazione con l’IFP-CNR è attivo dal 2008 un laboratorio per
la messa in prova e caratterizzazione di rivelatori di radiazione. Il
laboratorio è equipaggiato, tra l’altro, con sorgenti LED impulsate e sistemi
di acquisizione digitale.
Centro PLASMAPROMETEO
Il Centro dispone di sei laboratori attrezzati presso l’edificio U9 (viale
dell’Innovazione, 10) e di tre laboratori presso l’edificio U2 (piazza della Scienza, 3).
Il centro è attrezzato con reattori a plasma sia su scala pre-industriale che di
laboratorio con sorgenti a pressione atmosferica e a bassa pressione. Il laboratorio è
dotato anche di strumentazione per la caratterizzazione delle modificazioni
superficiali.
- Laboratorio Trasferimento Tecnologico(U9-S11)
E’ dotato di due macchine su scala semi-industriale per la produzione di un plasma a
bassa pressione e a pressione atmosferica. La prima macchina è stata realizzata
nell’ambito del progetto europeo Craft PlasmaLeather per il trattamento a plasma di
materiali conciari. La seconda nell’ambito di un progetto cofinanziato dalla Regione
Lombardia per il trattamento di tessuti e film polimerici.
Reattore a plasma atmosferico
Reattore PlasmaLeather
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- Laboratorio Sorgenti (U9-S1)
Il laboratorio è utilizzato per lo sviluppo di sorgenti a plasma. E’ dotato della
macchina toroidale THORELLO per la produzione di plasmi magnetizzati, impiegati
per lo studio della turbolenza. In esso verrà installata anche la macchina toroidale
THOR nell’ambito di una convenzione con l’istituto IFP del CNR.
Macchina Thorello
- Laboratorio Processi a Plasma (U9-S3)
E’ dotato di reattori a plasma su scala di laboratorio per lo studio di processi di
deposizione a plasma di film sottili o di nanopolveri. E’ dotato di un reattore
con sorgente a radiofrequenza ad accoppiamento risonante e di un reattore con
accoppiamento induttivo per la produzione di plasmi contenenti polveri
operante sotto cappa chimica.
Reattore con sorgente risonante COPRA
- Laboratorio Plasmi atmosferici (U9-S2)
Il laboratorio è attrezzato con reattori a plasma a pressione atmosferica. E’ dotato di
una macchina per la produzione del plasma in una miscela di gas e vapori ad alta
pressione CORONA (Dielectric Barrier Discharge) e di un reattore per la produzione
di un getto di plasma (plasma Jet)
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Reattore CORONA
Reattore PlasmaNeedle
- Laboratorio Plasmi Freddi (U2-3039)
Il laboratorio è attrezzato con tre reattori a plasma freddo per la produzione di plasma
freddo a radiofrequenza con geometria cilindrica in un gas a bassa pressione.
Reattore MOST
- Laboratorio Materiali (U9-S7)
Il laboratorio è dotato di un microscopio a forza atomica (AFM) per la
caratterizzazione della morfologia e delle proprietà superficiali su scala nanometrica.
Stazione per la microscopia a forza atomica (AFM)
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- Laboratorio FIB/SEM (U9-S8)
Il laboratorio è attrezzato per ospitare uno strumento per la spettroscopia FIB/SEM
(Focused Ion Beam e Scanning Electron Microscopy) che permette la ricostruzione
della composizione e della morfologia di film sottili depositati su materiali che è
stato acquistato con un finanziamento per le “Grandi Attrezzature” della Facoltà di
Scienze.
Microscopio FIB/SEM con immagine delle fibre trattate a plasma
- Laboratorio Ottica (U9-S13)
Il laboratorio è dedicato all’ottica con un sistema laser per la diagnostica dei plasmi
contenenti nanoparticelle con metodi di interferometria ottica.
Spot laser di un campione trattato a plasma con deposizione di film
- Laboratorio Didattico (U2-2023)
Il laboratorio è attrezzato con un reattore per la studio dei plasmi magnetizzati, di una
camera da vuoto con gruppo di pompaggio e della strumentazione per la
realizzazione di esperimenti sulla propagazione di microonde e sulla
caratterizzazione di scariche a bagliore (glow discharges).
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Scariche a bagliore in diverse miscele gassose
Collaborazioni
INFN sezione di Milano (coordinatore M.Bonesini)
G.Gorini e M Tardocchi sono collaboratori scientifici dell’Istituto di Fisica del
Plasma “Piero Caldirola” del CNR di Milano
Auroral Observatory, University of Tromso (Norvegia)
Laboratoire PIIM, UMR6533 CNRS et Universite de Marseille (Francia)
Fraunhofer Institute Stoccarda, (Germania)
Dipartimento di Chimica, Università di Milano
Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica, Università di Milano
Neutron Physics Department, Uppsala University, (Svezia)
Istituto di Fisica del Plasma, CNR, Milano
Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata
Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tre
Rutherford Appleton Laboratory, (Regno Unito)
Culham Science Centre , (Regno Unito)
Charles University, Praga (Repubblica Ceca)
LEI, Lithuanian Energy Institute, Kaunas, (Lituania)
JRC, Joint Research Centre, Ispra (VA)
University of Chiang Mai, (Thailandia)
Istituto Donegani, Novara
DWI Deutsch Wollenschaft Institute, Aachen (Germania)
Universidad National de Mar del Plata (Argentina)
Dipartimento di Energia, Politecnico di Milano.
NEMAS Center for NanoEngineered MAterials and Surfaces, Politecnico di Milano
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Pubblicazioni e brevetti
1) “Advection of long lived density blobs in the turbulent state of a simple
magnetized torus plasma”
R.Barni, C.Riccardi
Plasma Physics and Controlled Fusion 51, 085010.1-19 (2009).
2) Hydrocarbon plasma reforming through intermittent spark discharges”
R.Barni, A.Quintini, M.Piselli, C.Riccardi
High Temperature Material Processes 13, 453-457 (2009).
3) “Stable Poly(Acrylic Acid) Films from Acrylic Acid/Argon plasmas: Influence of
the Mixture Composition and the Reactor Geometry on the Thin Films Chemical
Structures”
S.Zanini, R.Ziano, C.Riccardi
Plasma Chemistry and Plasma Processing 29, 535-547 (2009).
4) “Fibrinogen adsorption on plasma modified polypropylene films”
S.Zanini, C.Riccardi, S.M.Doglia, R.Ziano, A.Natalello, A.M.Villa
High Temperature Material Processes 13, 459-467 (2009).
5) “AFM and contact angle investigation of growth and structure of pp-HMDSO thin
films”
E.Grimoldi, S.Zanini, R.A.Siliprandi, C.Riccardi
European Phys. J. D 54 (2), 165-172 (2009).
6) “H-mode inductive coupling plasma for PVC surface treatment”
F.Croccolo, A.Quintini, R.Barni, M.Ripamonti, A.Malgaroli, C.Riccardi
European Phys. J. D 54 (2), 477-480 (2009).
7) “Plasma-induced graft-polymerization of polyethylene glycol acrylate on PP
substrates”,
S.Zanini, M.Orlandi, C.Colombo, E.Grimoldi, C.Riccardi
European Phys. J. D 54 (2), 159-164 (2009).
8) “Metodo e apparato per la deposizione di strati sottili nanostrutturati con
morfologia e nanostruttura controllate”
C.Riccardi, M.Piselli, F.Di Fonzo, F.Fumagalli, C.E.Bottani
Domanda di brevetto MI2009-A002107 del 30/11/09 (2009).
9) “Characterization of the neutron field at the ISIS-VESUVIO facility by means of a
bonner sphere spectrometer”
G.Gorini, Bedogni, R; Esposito, A; Andreani, C, et al.
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol. 612 Pages: 143-148 2009
10) “The thin-foil magnetic proton recoil neutron spectrometer MPRu at JET”
G.Gorini, Sunden, EA; Sjostrand, H; Conroy, S, et al.
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol. 610 Pages: 682-699 2009
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11) A silicon photomultiplier readout for time of flight neutron spectroscopy with
gamma-ray detectors
Pietropaolo, A; Gorini, G; Festa, G, et al.
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol. 80, 095108 2009
12) gamma-Ray background sources in the VESUVIO spectrometer at ISIS
spallation neutron source
Pietropaolo, A; Cippo, EP; Gorini, G, et al.
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol: 608 Pages: 121-124 2009
13) A New Dedicated Neutron Facility for Accelerated SEE Testing at the ISIS
Facility
Frost, CD; Ansell, S; Gorini, G
IEEE INTERNATIONAL RELIABILITY PHYSICS SYMPOSIUM, VOL. 1-2,
952-955 (2009)
14) A new position-sensitive transmission detector for epithermal neutron imaging
Schooneveld, E.M.; Tardocchi, M.; Gorini, G., et al.
Journal of Physics D: Applied Physics 42, 152003 (2009)
15). Title: Gain stabilization control system of the upgraded magnetic proton recoil
neutron spectrometer at JET
G.Gorini, Sjostrand, H; Sunden, EA; Conroy, S, et al.
REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol: 80, 063505 (2009)
16) Recent progress in fast ion studies on JET
G.Gorini, Kiptily, VG; von Thun, CPP; Pinches, SD, et al.
NUCLEAR FUSION Vol: 49, 065030 (2009)
Progetti e convenzioni
1. Accordo di programma tra l’Università degli Studi di Milano-Bicocca e la Regione
Lombardia per l’istituzione del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo, responsabile
scientifico Prof. C.Riccardi, 500 kEuro.
2. Ministero per l’Università e la Ricerca, Fondo Giovani, Finanziamento di una
borsa di dottorato di ricerca in Fisica e Astronomia nel settore: Nuove applicazioni
dell’industria biomedicale. Tutore: Prof. C.Riccardi.
3. Fondo di ateneo per la ricerca, Progetti di ricerca 2009
Titolo: Fisica e diagnostica dei plasmi
Responsabile Prof. M. Fontanesi, 18 kEuro
4. Progetto Eurepeo “Ancient Charm”, sviluppo di nuove tecniche di indagine dei
Beni Culturali mediante neutroni, Contratto UE approvato 01/2006:
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Coordinatore Prof. G.Gorini, 1.916.000 € complessivi, 350.000 € Dip. Fisica.
5.Contratto JET-EP2 (01/10/2005-31/12/2009) tramite IFP-CNR, per la spettroscopia
gamma dei plasmi termonucleari:
Project leader Prof. G.Gorini, 500.000 € complessivi.
6. Accordo di collaborazione con Institute for Health and Consumer Protection
(IHCP) del Joint Research Centre (JRC) di Ispra (VA). L’accordo dal titolo “Surface
modification and characterisation for biomedical applications” prevede la
realizzazione di ricerche congiunte nel campo delle applicazioni dei plasmi al settore
biomedicale e la formazione congiunta di un dottorando. Responsabile scientifico:
Prof. C.Riccardi
7. Progetto PANAREA (2008-2014). Progetto per l'Applicazione dei Neutroni Alla
Ricerca in Elettronica e Archeometria. Finanziato dal CNR per la realizzazione
dell’Accordo di ricerca “Agreement concerning collaboration in scientific research at
the spallation neutron source ISIS” tra CNR e STFC (UK).
Coordinatore Prof. G.Gorini, Importo: 800.000 € complessivi annui ripartiti tra
quattro partner italiani.
8. Fondazione Cariplo - BANDO FONDAZIONECARIPLO 2008, progetto
2008.2449, “Metodi innovativi di sintesi e funzionalizzazione di nano e micro
particelle per uso biomedico” con Facoltà di Medicina UNIMIB e Dipartimento di
Chimica UNIMI. Progetto per lo sviluppo di processi a plasma per la
funzionalizzazione di nano-particelle per applicazioni nel settore biomedicale.
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo: € 70.000. Durata: 2 anni.
9. Ministero per l’Università e la Ricerca – Fondo FAR (Fondo Agevolazione della
Ricerca, DM 593/00). Bando art. 12 – Materiali Innovativi – Domanda nr. 46231.
Progetto “Thin Film antiaderente realizzato mediante plasma a pressione atmosferica”
con il Dipartimento di Chimica del Politecnico di Milano, la Fondazione Politecnico e
Plastik Spa
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo: € 2.200.000. Durata: 3 anni.
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BIOFISICA
Personale
Chirico Giuseppe
Collini Maddalena
D’Alfonso Laura
Caccia Michele
Laura Sironi
Stefano Freddi
Stefano Daglio
Professore Ordinario
Professore Associato
Ricercatore
Assegnista
Dottorando
Dottorando
Dottorando
Ricerca
Ideazione di nano-foto sensori
(Giuseppe
Chirico,
Maddalena
Collini, Laura D’Alfonso, Stefano
Freddi, Laura Sironi)
Questo progetto è dedicato allo
sviluppo di nano sensori basati sulle
variazioni delle caratteristiche di
fluorescenza (tempo di vita dello
stato eccitato, intensita’ di emissione)
di coloranti legati a naoparticelle
metalliche.
Per lo studio del riconoscimento
molecolare proteina – anticorpo i
primi promettenti risultati mostrano
una sensibilità a concentrazioni
picomolari.
Biofisica di singole molecole (processi di protonazione)
(Giuseppe Chirico, Maddalena Collini, Laura
D’Alfonso, Stefano Daglio)
0.15
0.10
0.05
G(t)
Il laboratorio sta applicando tecniche di
spettroscopia di fotocorrelazione della
fluorescenza, di decadimento del tempo di
vita dello stato eccitato e di decadimento
della anisotropia della correlazione della fluorescenza allo studio della conformazione e
della dinamica interna di singole proteine
della classe delle Green Fluorescent proteins.
In particolare, si sta studiando un mutante
fotocromico della proteina, caratterizzandone
la risposta al variare dei parametri fisicochimici e spettroscopici dell’esperimento.
0.00
-0.05
-0.10
-0.15
Pagina 58 di 71
0.5Hz
1Hz
5Hz
10Hz
30Hz
50Hz
80Hz
100Hz
1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01
lag time (s)
0.1
1
10
Scopo della ricerca e’ la preparazione di sonde intracellulari con tempi di risposta del millisecondo
per seguire processi quali la catalisi, la regolazione allosterica e la trasmissione di segnali.
Imaging cellulare e di tessuti con tecniche ottiche non lineari
(Giberto
Chirico,
Maddalena
Collini, Michele Caccia, Laura
Sironi)
La microscopia non lineare viene
utilizzata per studiare le risposte a
stimoli su cellule dendritiche del
sistema immunitario, le loro
eventuali interazioni e i meccanismi
che portano all’attivazione del
sistema immunitario. Inoltre puo’
essere sfruttata per analizzare la
conformazione
di
cellule
metastatiche in tessuti tumorali e
per valuare la penetrabilita’
cellulare di nanoparticelle di
diversa natura per l’eventuale
rilascio locale di farmaci.
L’utilizzo di radiazione infrarossa pulsata permette una lunghezza di penetrazione nel tessuto di
varie centinaia di micron. Grazie a questo vantaggio si sta mettendo a punto una tecnica per lo
studio di cellule del sistema immunitario opportunamente colorate in linfonodi in vivo.
Sito web: http://labs-biophysics.mib.infn.it
Collaborazioni e convenzioni con enti esterni:
Prof. Diaspro, Università di Genova: Microscopia a due fotoni
Prof. Gratton, University of Illinois: Fluorescenza a due fotoni
Prof. Langowski, Università di Heidelberg: Plasmidi di DNA
Prof. Granucci, Università di Milano - Bicocca, Dip. di Biotecnologie e Bioscienze: Immunologia
Prof. Indovina, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Caratterizzazioni di metastasi tumorali
Prof. Molinari, CNR e Università di Verona: Folding di proteine globulari
Dr. Mazzei, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Dinamica di frammenti di DNA in soluzione
Prof. Varani, University of Washington: NMR di peptidi e RNA
Prof. Mozzarelli, Università di Parma: Unfolding di mutanti della GFP
Prof. Cordone, Università di Palermo: proprietà proteine in trealosio.
Pubblicazioni:
1. S.Freddi, L.D'Alfonso, M.Collini, M.Caccia, L.Sironi, G.Tallarida, S.Caprioli, G.Chirico, “Excited
State Lifetime Assay for Protein Detection on Gold Colloids-Fluorophore Complexes”, Journal of
Physical Chemistry C, 113, 2722-2730 (2009).
2. L.Sironi, S.Freddi, L.D’Alfonso, M.Collini, T.Gorletta, S.Soddu, and G.Chirico, “p53 Detection by
Fluorescence Lifetime on a Hybrid Fluorescein Isothiocyanate Gold Nanosensor”, Journal of
Biomedical Nanotechnology, 5, 683–691 (2009).
3. I.Zanoni, R.Ostuni, G.Capuano, M.Collini, M.Caccia, A.E.Ronchi, M.Rocchetti, F.Mingozzi, M.Foti,
G.Chirico, B.Costa, A.Zaza, P.Ricciardi-Castagnoli, F.Granucci, “CD14 regulates the dendritic cell
life cycle after LPS exposure through NFAT activation”, Nature, 460, 264-269 (2009).
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4. G.Chirico, ‘Bioimaging Protein watching”, Nature Phot. 3, 81-82 (2009).
5. S.M. Moghimi, G.Chirico, A.Zaichenko, “A Special Issue on Nano- and Micro-Technologies for
Biological Targeting, Tracking, Imaging and Sensing”, Journal of Biomedical Nanotechnology, 5,
611–613 (2009).
Presentazioni a congressi:
1. V.Quercioli, C.Bosisio, M.Collini, L.D'Alfonso and G.Chirico, “Two-colors Photo-Switching of
E222Q-GFPMut2 Mutant by Fluorescence Correlation Spectroscopy”, Biophys. J. 96(3), pp.74a,
Biophysical Society, Boston, February 28 - March 4 2009.
2. M.Collini, V.Quercioli, L.D'Alfonso, G.Chirico, G.Baldini, B.Campanini, S.Bettati, “Millisecond
photo-switching dynamics of E222Q GFP mutants for sensor and imaging applications”, 7th
European Biophysics Congress, EBSA, Genoa, July, 11-15 2009.
3. G.Chirico, L.Sironi, S.Freddi, L.D’Alfonso, M.Collini, S.Pallavicini, “Gold nanoparticles for protein
detection assays”, 13th ECSBM, European Conference of Spectroscopy of Biological Molecules,
Palermo, August 28 – September 2 2009.
Laureati laurea triennale:
•
•
•
•
•
•
•
Sara Carozza – Costruzione e caratterizzazione di nanoparticelle d’oro a simmetria cilindrica
per terapia termica di cellule
Rocco D’Antuono – Fluorescenza di sistemi metallo nobile – proteine con eccitazione a due
fotoni
Ilaria Mai – Processi diffusivi intracellulari seguiti tramite microscopia di fluorescenza non
lineare
Gaia Moretti – Applicazioni di spettroscopia di correlazione di fluorescenza a proteine
immobilizzate in gel
Paolo Pozzi - Studio di funzioni di correlazione su molecole in soluzione mediante l’uso di
sensore EMCCD
Cristina Salvetti - Studio della dinamica delle cellule NK in vivo tramite microscopia a
scansione con eccitazione a due fotoni
Emanuele Villa – Analisi di processi dinamici da microscopia non lineare su cellule
Laureati laurea specialistica:.
•
Alessandra Palladini -
Stages svolti per la prova finale:
Argomenti:
Uso di tecniche spettroscopiche in fluorescenza quali spettroscopia di correlazione della fluorescenza,
tempi di vita al nanosecondo, flurescence recovery after photobleaching, per lo studio di sistemi
proteici e/o sistemi colloidali ibridi metallo-colorante organico. Imaging di diversi sistemi cellulari ed
eventuali argomenti da concordare con lo studente.
Scopi:
Analisi critica dei risultati. Elaborazione dati. Uso del PC come interfaccia con lo strumento di misura.
Confronto delle misure con modelli. Stesura di una relazione scientifica.
Progetti finanziati:
Progetto Europeo, Cooperation Health-2007-1.2-4: In vivo image-guidance for cell therapy, ENCITE
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(Grant agreement No: 201842), PI. F. Granucci, G. Chirico (2008-2012).
PRIN 2008: Studi di spettroscopia di correlazione della fluorescenza di costrutti proteici foto-attivatibili
per applicazioni dinamiche in microscopia ottica tramite eccitazione a due colori. PI: M. Collini.
ELETTRONICA
Ricerca
Presso il Dipartimento di Fisica sono presenti molti gruppi che si occupano di esperimenti di frontiera di
nuova concezione e ad alto contenuto tecnologico.
Per molti di tali esperimenti l’elettronica di lettura e gestione dei segnali deve soddisfare stringenti
proprietà ed essere progettata in modo accurato.
In Bicocca il Gruppo di Elettronica cerca di soddisfare, fino ad ora con un certo successo, le richieste
sperimentali presenti.
A questo gruppo afferiscono i ricercatori Prof. Andrea Baschirotto, Prof. Giuliano Boella, Dott. Andrea
Giachero, Dott. Claudio Gotti e Prof. Gianluigi Pessina.
Il personale tecnico è composto dall’Ing. Alessandro Baù ed i Sigg. Antonio De Lucia ed Adrea
Passerini.
Il lavoro è suddiviso e distribuito in 3 laboratori.
ASTROFISICA
Attualmente è in corso uno sviluppo orientato all’uso di particolari dispositivi criogenici, i SIS, per la
rivelazione diretta di radiofrequenza fra 94 e 350 GHz.
Questa attivitá è in collaborazione con lo IEN di Torino.
Scopo dello sviluppo è giungere alla rivelazione diretta coerente della radiazione di fondo cosmico
(CBR) con la realizzazione dell’esperimento MASTER e per la rivelazione di righe associate alle
transizioni rotazionali molecolari che si generano nei processi di formazione delle stelle.
FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI
Gli esperimenti MARE, una matrice di 90 micro-bolometri, CUORE, una matrice composta di 988
macro-bolometri, sono stati equipaggiati con un’Elettronica, avente funzionalità particolari,
completamente progettata nei nostri laboratori [3].
In particolare, una delle ultime innovazioni introdotte per l’esperimento prototipo di CUORE,
CUORICINO, riguarda un nuovo sistema elettronico di stabilizzazione della temperatura che ha
consentito un notevole aumento della resa del sistema di analisi dei dati della misura in atto presso i
laboratori del Gran Sasso (Tesi 1) e 2)).
Per l’esperimento LHCb è stato studiato e realizzato un sistema originale di distribuzione dell’alta
tensione dei fototubi. Attualmente è in avanzato sviluppo sia l’Elettronica che i nuovi sensori di luce per
il previsto upgrade [1], [2], [4].
DISPOSITIVI ELETTRONICI
Copiosa è stata l’attività di studio sui dispositivi elettronici. Il lavoro sperimentale ha riguardato
in parte la caratterizzazione di JFET al Si da temperatura ambiente giù fino a 14 K. E’ stato realizzato
uno strumento appositamente progettato perché in grado di caratterizzare in modo automatico i
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dispositivi elettronici in un ampio intervallo di temperatura. L’argomento è stato anche oggetto di una
tesi di laurea e di un articolo apparso su rivista.
Si è anche studiata una nuova tecnologia emergente: i transistori bipolari ad Etero- giunzione al Si-Ge.
In particolare è stato anche realizzato e caratterizzato il primo preamplificatore di carica
esclusivamente basato su tecnologia SiGe.
Un’attività è stata avviata riguardante lo sviluppo di circuiti monolitici in varie tecnologie. AL momento si
stanno sfruttando la tecnologia CMOS-90nm e SiGe-CMOS-350nm. Alcuni dispositivi sono stati già
realizzati e sono in corso di sviluppo sia per il campo della fisica delle Alte Energie che per applicazioni
più legate al mondo dell’industria.
SISTEMI BASATI SU MICROCONTROLORI E DIGITAL SIGNAL PROCESSOR
Un certo impegno il laboratorio l’ha speso anche per sviluppare ed acquisire conoscenze nel campo
della gestione automatica della strumentazione mediante circuiti di interfaccia e della circuiteria
necessaria per l’acquisizione dati.
Gli sbocchi di questa attività sono duplici.
Da una parte le conoscenze acquisite sono state direttamente applicate negli esperimenti CUORE,
LUCIFER e MARE.
Dall’altra parte le conoscenze sono direttamente sfruttate a scopi didattici nell’indirizzo di Elettronica
dei Sistemi digitali della laurea triennale.
Alcuni studenti si sono già laureati ed altri sono in procinto di iniziare il loro stage seguendo questo
nuovo indirizzo.
Pubblicazioni dall’anno 2009:
1. C.Arnaboldi, T.Bellunato, A.DeLucia, E.Fanchini, D.L.Perego, G.Pessina, THE HIGH-VOLTAGE
SYSTEM FOR THE LHCb RICH HYBRID PHOTON DETECTORS, Nuclear Instruments and Methods
in Physics Research A, vol. A598, pp 173-174, 2009.
2. M.Adinolfi, E.Albrecht, C.D’Ambrosio, T.Gys, J.Morant, D.Piedigrossi, M.Patel, K.Wyllie, M.Ameri,
F.Fontanelli, G.Mini, M.Sannino, C.Arnaboldi, T.F.Bellunato, E.Fanchini, D.L.Perego, G.Pessina,
C.Barham, C.Buszello, J.Dickens, V.Gibson, C.Jones, U.Kerzel, G.Rogers, H.Skottowe, S.Wotton,
T.Blake, C.Eames, R.Plackett, S.Brisbane, N.Harnew, J.Libby, A.Powell, P.Sullivan, S.ToppJorgensen, S.Easo, A.Papanestis, Z.Zhang, S.Eisenhardt, F.Muheim, N.Styles, PERFORMANCE OF
THE LHCb RICH PHOTO-DETECTORS AND READOUT IN A SYSTEM TEST USING CHARGED
PARTICLES FROM A 25 ns-STRUCTURED BEAM, Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A, vol. A603, pp 287-293, 2009.
3. E.Andreotti, C.Arnaboldi, M.Barucci, C.Brofferio, C.Cosmelli, L.Calligaris, S.Capelli, M.Clemenz,
C.Maiano, M.Pellicciari, G.Pessinab, S.Pirro, THE LOW RADIOACTIVITY LINK OF THE CUORE
EXPERIMENT, Journal of Instrumentation, Jinst, Vol.4, P09003, p. 1-17, 2009.
4. C.Arnaboldi, T.Bellunato, P.Gobbo, D.L.Perego, G.Pessina, THE HIGH VOLTAGE PROTECTION
BOARDS FOR THE RICH DETECTORS OF THE LHCb EXPERIMENT, IEEE Transaction on Nuclear
Science, Vol. 56, pp. 2828-2834, 2009.
Tesi dell’anno 2009:
1) Anno Accademico 2008-2009, SVILUPPO, BASATO SU MICROCONTROLLORE DELLA
FAMIGLIA 8051, DEL SISTEMA DI GESTIONE DELLE FUNZIONI ANALOGICHE DEI
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PREAMPLIFICATORI DELL'ESPERIMENTO CUORE, Studentessa Noemi Novello, matricola
700974.
2) Anno Accademico 2008-2009, SVILUPPO, BASATO SU MICRO-CONTROLLORE ARM, DEL
SISTEMA DI GESTIONE DI UN IMPULSATORE ULTRASTABILE PER L'ESPERIMENTO CUORE,
Studente Marco Tarantola, matricola 702306 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
FISICA TEORICA
Personale
Destri Claudio
Girardello Luciano
Marchesini Giuseppe
Rapuano Federico
Enriotti Mirella
Giusti Leonardo
Penati Silvia
Zaffaroni Alberto
Oleari Carlo
Tomasiello Alessandro
Simma Hubert
Ricercatore
Ricercatore
Professore a contratto
Nason Paolo
Butera Paolo
Giovannini Massimo
Pepe Michele
Dirigente di ricerca INFN
Primo ricercatore INFN
Primo ricercatore INFN
Ricercatore INFN
Dottorandi:
Alioli Simone, Amariti Antonio, Ratti CarloAlberto, Re Emanuele (XXII ciclo), Fasiello Matteo, Siani
Massimo (XXIII ciclo), Bianchi Marco (XXIV ciclo)
Assegnisti, borsisti:
Banfi Andrea, Cornalba Lorenzo.
1) Teorie dei campi e di stringa
L. Girardello, S. Penati, A. Tomasiello, A. Zaffaroni, L. Cornalba,
A. Amariti, M. Bianchi, C.A. Ratti, M. Siani
L'interesse principale del gruppo è lo studio dei meccanismi di base delle interazioni fondamentali. Le
maggiori attività coinvolgono la teoria quantistica dei campi, la gravità quantistica, le teorie di gauge, la
supersimmetria e la teoria delle stringhe.
I problemi più importanti della fisica teorica contemporanea sono l’unificazione delle quattro interazioni
fondamentali, e una formulazione quantistica consistente della teoria della gravitazione. La teoria delle
stringhe è un candidato promettente per la risoluzione di entrambi questi problemi. La teoria ottiene
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l’unificazione delle forze postulando che tutte le particelle elementari siano in realtà oggetti estesi (le
“stringhe”) piuttosto che puntiformi. La nonlocalità intrinseca in questi oggetti estesi mitiga le
divergenze ad alte energie della teoria dei campi, eliminando quindi i problemi che affliggono i tentativi
più tradizionali di quantizzare la gravità.
Quantizzando la stringa, si scopre che la teoria è libera da anomalie (e quindi consistente) solo in uno
spazio-tempo di dimensione dieci (ad accoppiamento debole), o undici (in certi limiti con
accoppiamento forte). La teoria prevede quindi l’esistenza di diverse dimensioni aggiuntive, la cui
esistenza dovrebbe essere rilevata con esperimenti ad alta energia.
Uno degli aspetti più interessanti della teoria delle stringhe è il modo “olografico” di descrivere la
gravità quantistica: ovvero, fenomeni di gravità quantistica vengono descritti in modo duale da teorie di
campo (senza gravità) che vivono sul bordo dello spazio-tempo che si considera. Questa dualità
“gauge/gravità”, o “AdS/CFT”, potrebbe avere delle importanti ricadute nella descrizione di processi
nonperturbativi in QCD (Quantum-Chromo-Dynamics, la teoria che descrive le interazioni forti) in
termini di una teoria di gravità perturbativa in dimensioni maggiori di quattro.
Le principali attività del gruppo riguardano:
- La corrispondenza AdS/CFT, con particolare riguardo alla descrizione duale di teorie di gauge con
supersimmetria ridotta in regime di accoppiamento forte in termini di teorie di stringa/supergravità in
dimensioni più alte.
- Lo studio di teorie di gauge supersimmetriche in regime non perturbativo con rottura soffice della
supersimmetria, rottura dinamica della supersimmetria e vuoti metastabili.
- Calcolo perturbativo di quantità di interesse fisico (funzioni di correlazione, dimensioni anomale di
operatori composti) in teorie di gauge supersimmetriche.
- Soluzioni esatte delle equazioni di stringa, con particolare riguardo a background con proprietà di
integrabilità.
- Teorie di campo supersimmetriche e supergravità in dimensione maggiore di quattro di interesse per
modelli di compattificazione di stringa, modelli con dimensioni extra e corrispondenza olografica tra
teorie di supergravità nel bulk e teorie di gauge su D-brane.
Teorie di campo supersimmetriche definite in superspazio non(anti)commutativo ottenute, nel limite a
basse energie, da background di stringa con forme di RR accese.
- Calcolo perturbativo di ampiezze di scattering in teorie di gauge supersimmetriche e supergravita’.
Ampiezze di scattering in spazi curvi e ampiezze in regime di accoppiamento forte.
6) Teoria dei campi del Modello Standard
G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, A. Banfi, S. Alioli, E. Re
Il Modello Standard è la teoria di campo effettiva che descrive le interazioni elettrodeboli e forti alle
scale di energia oggi accessibili sperimentalmente. Il gruppo di Milano - Bicocca studia vari aspetti del
Modello Standard e dei fenomeni cui dà luogo. Nell'imminente partenza del collisore di protoni LHC al
CERN di Ginevra, si studiano vari fenomeni di produzione rilevanti per la scoperta di nuove particelle e
per la stima dei background in collisioni adroniche. Poiché la fisica dei collisori adronici è dominata
dalle interazioni forti, gran parte dell'attività del gruppo è volta allo studio e alla simulazione di effetti
forti in fenomeni di alta energia, come:
- Calcolo di processi di alta energia, con l'inclusione delle correzioni radiative di QCD (QuantumChromo-Dynamics) al primo ordine sottodominante.
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- Studio di effetti forti dominanti in certe regioni cinematiche, che richiedono la risommazione della
serie perturbativa di QCD a tutti gli ordini, legati alla emissione di gluoni soffici.
• Simulazione dei fenomeni adronici nell'ambito degli algoritmi di Parton Shower, nuovi algoritmi di
simulazione più accurati nelle emissioni soffici, e inclusione di correzioni di QCD all'ordine
sottodominante. Si studiano in particolare fenomeni di produzione di getti adronici, di quark pesanti
(charm, bottom, top), del bosone di Higgs in collisioni effettive di bosoni W, di produzione di coppie di
W e Z, anche nell'ambito della collisione effettiva di coppie di W/Z.
Urti tra un gluone e un quark
3) Teoria dei campi e meccanica statistica su reticolo
P. Butera, C. Destri, L. Giusti, G. Marchesini, M. Pepe, H. Simma
Il gruppo studia le teorie di campo quantistiche nel regime non-perturbativo. L' obiettivo a lungo
termine è capire,
mediante calcoli da principi primi, le proprietà non-perturbative della Cromodinamica quantistica
(QCD),la teoria fondamentale delle interazioni nucleare forti presenti in Natura. Esempi elementari di
osservabili studiate sono le masse degli adroni e i loro elementi di matrice.
È possibile definire non-perturbativamente le teorie di gauge discretizzando lo spazio-tempo e
introducendo il
formalismo dell' integrale funzionale. Le funzioni di correlazione associate possono essere calcolate a
volume e
passo reticolare finiti con i più avanzati metodi di integrazione Monte Carlo. L'estrapolazione a passo
reticolare nullo delle quantità calcolate permette di determinare le osservabili fisiche direttamente
confrontabili con i risultati sperimentali. Il progresso in questo campo di ricerca è determinato dalla
capacità di disegnare nuove sonde della teoria che siano ben definite in teoria dei campi, facili da
calcolare numericamente, e che abbiano una relazione nota con le quantità fisiche che si vogliono
determinare. Spesso al progresso concettuale per definire una nuova osservabile segue uno sviluppo
algoritmico che ne permette il calcolo numerico e viceversa.
Le simulazioni di QCD richiedono l'uso dei super-calcolatori più potenti al mondo. Il gruppo sviluppa i
nuovi algoritmi e
porta avanti studi di fattibilità sul super-calcolatore del CILEA "Lagrange", usando un numero di
processori che generalmente oscilla tra i 100 e i 1000. Simulazioni per la produzione dei risultati fisici
sono generalmente più costose e vengono condotte in collaborazione con altri gruppi di ricerca
Europei presso grandi centri di calcolo dedicati (Julich, Manno).
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Nel 2009 il gruppo ha proposto un nuovo metodo per il calcolo diretto del condensato chirale in QCD
che non necessita di nessuna sottrazione ultravioletta a potenza, e che quindi permette di raggiungere
per la prima volta una precisione del \% su questa fondamentale quantità. È stato anche proposto un
nuovo metodo per calcolare il decadimento della stringa confinante nella teoria di pura gauge SU(2).
Sono stati inoltre studiati sistemi di spin classici e quantistici su reticolo mediante sviluppi in serie della
temperatura inversa (nel linguaggio della teoria dei campi, mediante sviluppi in accoppiamento forte).
Si studiano forze a lungo range tra buche in modelli ferromagnetici che sono i precursori dei
superconduttori ad alte temperature.
4) Cosmologia
C. Destri, M. Fasiello
L'inflazione cosmica, la fase di espansione accelerata dell'Universo primordiale che precede il
cosiddetto "Hot Big Bang", è ormai parte integrante del "Modello Cosmologico Standard". Oltre a
rimuovere alcune problematiche fondamentali del modello originario di Big Bang (problema
dell'orizzonte, piattezza, entropia), la fase inflazionaria fornisce in modo molto naturale, a partire dalle
stesse fluttuazioni quantistiche del vuoto, le perturbazioni primordiali responsabili delle anisotropie
della radiazione cosmica di fondo (CMB) e delle strutture su larga scala (LSS) dell'Universo osservato.
Lo spettro delle perturbazioni primordiali è caratterizzato da alcuni parametri fondamentali (ampiezza,
indice spettrale, rapporto tensori/scalari,...) la cui determinazione si sta facendo sempre più precisa
grazie al costante aumento della già grande massa di dati osservativi.
In questo ambito l'attività del gruppo riguarda proprio la determinazione, all'interno di una classe ben
definita di potenziali inflazionari, di limiti il più accurati possibile sui parametri fondamentali di cui sopra.
Di particolare rilevanza, per ragioni teoriche di base e in vista delle previste future osservazioni
particolarmente accurate, sono i limiti inferiori per il rapporto tensori/scalari ottenibili dalla classe di
potenziali cosiddetti "alla Ginzburg-Landau". Un altro aspetto rilevante riguarda lo studio di effetti
particolari nella radiazione CMB, quali la depressione del quadrupolo,
allo scopo di raffinare i modelli inflazionari.
5) Teoria della gravitazione e fisica delle alte energie
M. Giovannini
Non esiste, al momento, alcun esperimento condotto negli acceleratori di particelle che richieda o
implichi l'esistenza della forza gravitazionale, se, naturalmente, si escludono gli effetti delle forze
mareali della luna sui grandi anelli di collisione, come, ad esempio, LHC (Large Hadron Collider,
presso il CERN, Ginevra). Pur tuttavia, i modelli che suppongono l'unificazione della dell'interazione
elettrodebole con l'interazione forte hanno spesso implicazioni gravitazionali che si rispecchiano in
segnali di natura astrofisica e cosmologica. La struttura su larga scala delle galassie e delgli ammassi
di galassie come anche la distribuzione delle disomogeneità nella temperatura e nella polarizzazione
della radiazione di fondo cosmico rappresentano un segnale (spesso difficile da decifrare) di un'epoca
in cui le interazioni gravitazionali, le interazioni forti e le interazioni elettrodeboli erano presumibilmente
parte integrante di un unico sistema fisico caratterizzato da una relativamente grande curvatura
spazio-temporale.
Gli interessi di ricerca e le collaborazioni di questa area tematica sono dunque all'interfaccia
dell'astrofisica, della cosmologia e della fisica delle alte energie. Le attività spaziano dallo studio
teorico della struttura delle singolarità nella relatività generale, alla teoria dei campi negli spazi curvi,
alla teoria cinetica e alla fisica del plasma con particolare attenzione per lo studio dei campi magnetici
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su scale di lunghezza più grandi dell'unità astronomica. Tutte queste tematiche convergono spesso e
volentieri nella formulazione di nuovi modelli teorici.
Il principale scopo di quest'area tematica è l'analisi delle connessioni tra l'infinitamente grande (oggetto
di osservazione della cosmologia e dell'astrofisica) e l'infinitamente piccolo esplorato dalla fisica delle
particelle. La speranza di questo sforzo è, fra l'altro, di trovare implicazioni osservabili di, talvolta
ambiziose, costruzioni speculative quali quelle proposte nel contesto delle teorie di supergravità e
superstringa.
È pertanto naturale, nel contesto di questa area tematica, l'interesse sia per le osservazioni satellitari
sia per la gli esperimenti condotti negli acceleratori di particelle. Fra le osservazioni satellitari
ricordiamo per esempio quelle del satellite WMAP e dello Hubble space telescope. Fra gli esperimenti
di fisica delle alte energie il Large Hadron Collider (LHC).
Nel corso del 2009, i principali capitoli delle attività e degli interessi di questa linea di ricerca possono
esser riassunti come segue:
la fisica delle anisotropie della radiazione di fondo cosmico e la sua relazione con il convenzionale
paradigma utilizzato per interpretare i tre insiemi di osservabili cosmologiche (vale a dire supernovae
di tipo Ia, struttura a larga scala e, appunto, la radiazione di fondo cosmico);
- la fisica dei fondi stocastici di radiazione gravitazionale e la loro relazione ai progetti di interferometri
a banda larga (in particolare VIRGO, LIGO, Geo-600, Tama e i futuribili LISA, BBO, DECIGO);
1.
la fisica dei campi magnetici a grandi scale e sue implicazioni per l'analisi osservativa delle
anisotropie della radiazione di fondo cosmico sia tramite esperimenti satellitari (Planck, WMAP), sia
tramite esperimenti terrestri (Quad, CAPMAP, CBI, ACBAR);
- la fisica di LHC e sue connessioni con vari aspetti della fisica astroparticellare e con la fisica del
plasma (il problema delle instabilità non-lineari dei fasci);
2.
strumenti semi-analitici per la stima dei parametri nella fisica della radiazione di fondo cosmico;
3.
soluzioni descriventi difetti topologici gravitanti in 6 dimensioni nello spazio di anti-de Sitter.
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Un potenziale spettro di polarizzazione circolare della radiazione di fondo cosmico è paragonato con
gli spettri dei modi E e B indotti dalla polarizzazione lineare.
6) Sviluppo di calcolatori
P. Butera, C. Destri, G. Marchesini, F. Rapuano, H. Simma
Le simulazioni large-scale per la QCD sul reticolo, per la meccanica statistica e per altri problemi del
calcolo scientifico richiedono algoritmi numerici efficienti ed una potenza di calcolo enorme che può
essere raggiunta solo con supercalcolatori paralleli. Per questo motivo il gruppo svolge ricerca sia su
algoritmi per la QCD ed altri applicazioni del calcolo scientifico, sia su architetture e tecnologie dei
calcolatori paralleli. Attualmente gran parte delle nostre simulazioni di QCD sul reticolo viene eseguito
sul computer parallelo apeNEXT tramite accesso remoto a 512 nodi dell'installazione centralenella
sezione INFN di Roma. Nel nostro Laboratorio di Calcolo Parallelo abbiamo un sistema APEmille con
256 nodi e tre cluster Linux. L'ultima installazione di un cluster da Eurotech mette a disposizione
localmente una prestazione di 400 Gflops. Il gruppo di Milano ha partecipato nell'ambito del progetto
speciale APE dell'INFN allo sviluppo di macchine "custom" con alta prestazione ed efficienza per la
QCD. Poiché presto anche la potenza di apeNEXT non sarà più sufficiente per simulazioni competitive
a livello mondiale, abbiamo iniziato lo sviluppo di un futuro calcolatore ad altissima prestazione. La
nuova architettura utilizza un processore commoditycon elevata prestazione per i nodi di calcolo e si
collega strettamente tramite una rete custom, simile a quella di APE, con topologia di un toro 3dimensionale. Questo sviluppo viene eseguito nel ambito della collaborazione QPACE tra IBM
Boeblingen e partner accademici in Germania ed Italia. Il nodo di calcolo è basato sull'ultimaversione
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del processore Cell (PowerXCell 8i) che fornisce una potenza di calcolo di 100 GFlops in doppia
precisione.
Per il progetto QPACE il gruppo svolge attivita molto rilevanti come
- L'analisi del processore Cell tramite benchmarking e sviluppo di modelli di performance L'individuazione di nuove strategie per l'implementazione efficiente
dei algoritmi di QCD sul architetture multi-core come il Cell - la definizione della rete di
communicazione e la sua implementazione hardware.
Una scheda con il nodo base di apeNEXT
Collaborazioni con enti esterni:
In Italia: INFN, Università degli studi di Milano, Pisa, Padova, Genova, Firenze, Verona, Torino,
Parma, Roma La Sapienza, Roma Tor Vergata, Ferrara.
All'estero: IAS, Princeton; New York University; Ecole Polytechnique (Parigi); CERN; LPTHE;
Université Pierre et Marie Curie, Paris VI; Denis Diderot, Paris VII; University of Pittsburgh; McGill
University, Montreal; LAPTH, Annecy; Max Planck Institute, Potsdam; Saclay; Duhram; DESYZeuthen (Germania); DESY-Hamburg (Germania); Univ. of Muenster (Germania); Nikheff; Fermilab;
Melbourne Univ. (Australia); Landau Institute, Chernogolovka (Russia); Univ. H. Poincaré, Nancy
(Francia); Cambridge (UK); San Pietroburgo (Russia); Southhampton (UK); Notre Dame (USA);
University of Maryland (USA); Patras Univ. (Greece); Bern Univ. (Svizzera); Porto University
(Portogallo).
Pubblicazioni:
1. Antonio Amariti, Luciano Girardello, Alberto Mariotti, “Stringy instantons from Seiberg duality.”
Nucl.Phys.Proc.Suppl.192-193:161-162,2009.
2. Antonio Amariti, Alberto Mariotti, “Two Loop R-Symmetry Breaking.” JHEP 0907:071,2009,
[arXiv:0812.3633].
3. Antonio Amariti, Massimo Siani, “R-symmetry and supersymmetry breaking in 3D WZ models.”
JHEP 0908:055,2009, [arXiv:0905.4725].
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4. M. Porrati, L. Girardello, “The Three Dimensional Dual of 4D Chirality.” JHEP 0911:114,2009,
[arXiv:0908.3487].
5. Marco S. Bianchi, Silvia Penati, Alberto Romagnoni, Massimo Siani, “Nonanticommutative U(1) SYM
theories: Renormalization, fixed points and infrared stability.” JHEP 0907:039,2009,
[arXiv:0904.3260].
6. Silvia Penati, Alberto Romagnoni, Massimo Siani, “A Renormalizable N=1/2 SYM theory with
interacting matter.”
JHEP 0903:112,2009, [arXiv:0901.3094].
7. Michela Petrini, Alberto Zaffaroni, “N=2 solutions of massive type IIA and their Chern-Simons duals.”
JHEP 0909:107,2009, [arXiv:0904.4915].
8. Davide Forcella, Amihay Hanany, Alberto Zaffaroni, “Master Space, Hilbert Series and Seiberg
Duality”. JHEP 0907:018,2009, [arXiv:0810.4519].
9. Michael Haack, Dieter Lust, Luca Martucci, Alessandro Tomasiello, “Domain walls from ten
dimensions.” JHEP 0910:089,2009, [arXiv:0905.1582].
10. Davide Gaiotto, Alessandro Tomasiello, “Perturbing gauge/gravity duals by a Romans mass.”
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fusion matched with shower in POWHEG.” JHEP 0904:002,2009, [arXiv:0812.0578].
12. Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re, “NLO Higgs boson production via gluon
fusion matched with shower in POWHEG.” JHEP 0904:002,2009, [arXiv:0812.0578].
13. Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re, “NLO single-top production matched with
shower in POWHEG: s- and t-channel contributions.” JHEP 0909:111,2009,Erratum-ibid.1002:011,
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shower in POWHEG: s- and t-channel contributions.” JHEP 0909:111,2009,Erratum-ibid.1002:011,
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Phys.Rev.D79:121302,2009, [arXiv:0902.4353].
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ratios for the two-dimensional 4-state Potts model.” Nucl.Phys.B811:491-518,2009,
[arXiv:0809.4553].
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Relazione Anno 2009 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini

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