Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”
Piazza della Scienza n. 3 - 20126 Milano
http://www.unimib.it
http://fisica.mib.infn.it
Relazione Anno 2010
Direttore:
Prof. Federico Rapuano
Vicedirettore:
Prof. Giorgio Sironi
Segretario Amministrativo: Sig.ra Anna Mangano
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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
32
Fisica dei Plasmi
54
Biofisica
66
Elettronica
71
Fisica Teorica
74
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
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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
locali dell’Edificio U9. L’INFN ha inoltre fornito il collegamento del Dipartimento alla rete nazionale
GarrB con accesso da 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 2010 può essere
riassunta come segue:
Tabella sintetica dell’attività amministrativo-contabile 2010
Mandati
1128
€ 1.291.667,00
Impegni
898
€ 999.879,00
Reversali
71
€ 1.238.306,00
Accertamenti
57
€ 871.734,00
Missioni
385
€ 118.083,00
Pagamenti verso l’estero
20
€ 25.527,00
Registrazioni Materiali inventariati
139
€ 530.709,00
Variazioni di bilancio
107
€ 2.403.772,00
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PERSONALE DEL DIPARTIMENTO
Professori Ordinari
Bonometto Silvio
Chincarini Guido
Chirico Gilberto
Destri Claudio
Fontanesi Marcello
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
Perletti Sara
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
Tartari Andea (T.D.)
Zanini Stefano (T.D.)
Assegnisti e Borsisti
Arnaboldi Claudio
Biganzoli Ilaria
Cardella Marco Aureliano
Casarini Luciano
Cattaneo Roberta
Gazzada Fabio Giovanni
Giacomelli Luca Carlo
Gironi Luca
Grimoldi Elisa
La Vacca Giuseppe
Malberti Martina
Mancin Marco
Mapelli Michela
Pantalei Claudia
Perego Davide Luigi
Perelli Enrico
Pizzichemi Marco
Primiceri Patrizio
Ratti Carlo Alberto
Ripamonti Emanuele
Spinelli Mauro Sebastiano
Tacconi Mauro
Volpe Luca
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Dottorandi
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
XXV Ciclo
Biassoni Matteo
Perego Claudio
Calderone Giorgio
Saracco Fabio
Massironi Andrea
Di Matteo Leonardo
Villa Fabrizio
Presotto Luca
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All’attività di ricerca del Dipartimento collabora anche il seguente personale dell’Istituto Nazionale di
Fisica Nucleare.
PERSONALE DEL L’ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE
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
richiesta la capacità di costruire modelli di realtà complesse non necessariamente fisiche (ad es.
banche, imprese finanziarie, società di consulenza).
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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
Professori Ordinari: A. Pullia, S. Ragazzi
Professori Associati: C. Brofferio, M. Calvi, M. Gervasi, M. Paganoni, L. Zanotti, T. Tabarelli
de Fatis
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
Collaborano anche il Prof. Giuliano Boella, ordinario, e il Prof. Massimo Gervasi, associato.
Personale INFN
Ricercatori: M. Bonesini, C.M. Cattadori, O. Cremonesi, P.D'Angelo, 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, C. Consolandi, S. Furcas, A. Giachero, E. Memola, D.L. Perego, M. Tacconi, M.
Malberti, L. Gironi
Dottorandi:
A. Benaglia, M.Biassoni, M. Carrettoni, F. De Guio, L. Di Matteo, E.Ferri, E.Franchini, C.
Maiano, A. Martelli, A. Massironi, L. Pattavina
Dottorando altre universita` , associati INFN MiB
S. della Torre, C. Gotti
Collaboratori esterni: M. Boschini (CILEA), E. Fiorini, G. Boella, E. Bellotti, 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) Studio del decadimento doppio beta tramite radiazione Cherenkov
8) Ricerca del decadimento doppio beta nel 76Ge
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Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC
Studio di collisioni pp ad LHC con il rivelatore CMS
Personale Universitario:
A. Benaglia, F. De Guio, L. Di Matteo, A.Ghezzi, P. Govoni, M. Malberti, A.
Martelli, A. Massironi, M. Paganoni, P. Negri, A. Pullia, S. Ragazzi, T. Tabarelli de
Fatis
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
Ricerca:
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. ).
A sinistra: L’esperimento CMS in fase di installazione. A destra: ricostruzione in
CMS di un evento con getti adronici dalla collisione pp con energia di 7 TeV.
Il gruppo di Milano Bicocca è stato coinvolto nella costruzione del calorimetro
elettromagnetico (ECAL) e del rivelatore a pixel ed attualmente contribuisce al loro
buon funzionamento durante la presa dati.
ECAL è costituito da 75000 cristalli di PbWO4 ed è progettato per raggiungere
un’eccellente risoluzione energetica (con un termine costante pari a 0.5%),
caratteristica cruciale per la ricerca di bosoni di Higgs leggeri nel canale di
decadimento in due fotoni.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Il gruppo di Milano ha un’importante partecipazione e un ruolo di coordinamento per
gli studi delle prestazioni del rivelatore durante la presa dati, e per la sua
calibrazione, che rappresentano dei punti chiave per la risoluzione energetica. Questi
studi sono alla base di molti fra i primi risultati ottenuti da CMS. Inoltre il gruppo
contribuisce allo sviluppo delle tecniche di ricostruzione di elettroni e fotoni.
Il rivelatore a pixel di silicio costituisce la parte più interna del sistema di
tracciamento dell’esperimento. Grazie alla sua elevata granularità (100X150 mm2)
permette di ricostruire le tracce cariche nelle immediate vicinanze della zona
d’interazione fra i due fasci di protoni e quindi di riconoscere la presenza di eventuali
vertici di decadimento di adroni contenenti il quark b (b-tagging). Il gruppo ha
contribuito allo sviluppo del software di ricostruzione delle tracce e dei vertici e ha
sfruttato le potenzialità del rivelatore a pixel per la fisica degli Heavy Flavour.
evidenziando fin dall’inizio in CMS il segnale del mesone Bc nello stato finale J/y p
con circa 3 sigma di significanza.
Sul fronte dell’analisi dati il gruppo di Milano è attivo in diversi ambiti:
- misure nel settore degli Heavy Flavour, (Bc nello stato finale J/ψ π, B+ ➛ J/ψ K+)
- ricerca del bosone di Higgs prodotto tramite il processo di Vector Boson Fusion,
con decadimento in bosoni W
- ricerca del bosone di Higgs nel canale di decadimento in due fotoni
- ricerca del bosone di Higgs nel canale di decadimento in due leptoni tau
- ricerca di Higgs in modelli oltre il Modello Standard, in particolare studio del
decadimento di Higgs supersimmetrici in coppie di tau, ponendo limiti sui parametri
MA e tan b nel contesto del MSSM e studio di Higgs fermiofobico nei canali di
decadimento in due fotoni e in due bosoni vettori.
- studio del processo pp ➛ Z X ➛ τ τ X
- misure di sezioni d’urto differenziale per produzione di jet, in particolare nella
topologia con un jet nella parte centrale del rivelatore ed uno ad alta rapidità.
- ricerca di nuovi vettori bosoni carichi (W’), di alte masse (ordine TeV/c2), rilevabili
come deviazioni dello spettro in massa invariante rispetto a quanto atteso sulla base
del modello standard.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
In
figura
è
mostrata
la
distribuzione in massa invariante
trasversa misurata in CMS e
attesa dai diversi processi del
modello standard. Le linee rosse
rappresentato il contributo atteso
per W’ di diverse masse. I dati di
CMS portano ad escludere (95%
CL) l’esistenza di W’ con masse
inferiore
a
1.36
TeV/c2
migliorando il risultato di 1.1
TeV/c2 ottenuto dai precedenti
esperimenti a Tevatron.
L’analisi della grande mole di dati prodotta da LHC (10 PB/anno) richiede delle
adeguate risorse di calcolo. A questo scopo il gruppo dispone di una propria farm di
calcolo nel Dipartimento con accesso alle risorse distribuite di WLCG (World Wide
LHC Computing Grid), ricoprendo ruoli di responsabilità in questo ambito e
partecipando a progetti europei coordinati da EGI (European Grid Initiative).
Il gruppo sta anche contribuendo attivamente al progetto di upgrade di CMS
proponendo l’utilizzo di nuovi rivelatori a pixel di Diamante per gli strati più interni
del tracciatore. I rivelatori al Diamante presentano una resistenza alla radiazione
notevolmente superiore a quelli al Silicio attualmente impiegati e possono quindi
essere utilizzati nella prossima fase ad alta luminosità prevista per LHC. Il gruppo sta
caratterizzando questi nuovi rivelatori su fascio e in campo magnetico e ne sta
sviluppando una elettronica di lettura ottimale che permetta di sfruttare appieno le
peculiarità del Diamante.
Presentazioni a conferenze
1. A. Massironi, “Calibration of the Electromagnetic Calorimeter of CMS”, a
“Incontri di Fisica delle Alte Energie”, Roma, 7-9 Aprile 2010
2. A. Benaglia, “Measurement of the muon stopping power in lead tungstate
with the Electromagnetic Calorimeter in CMS”, "14th International Conference
on Calorimetry in High Energy Physics", 10-14 May, IHEP Beijing, China
3. F. De Guio, “Measurement of the Muon Stopping Power in Lead Tungstate
with the Electromagnetic Calorimeter in CMS” at “12th Topical Seminar on
Innovative Particle and Radiation Detectors (IPRD10)” 7-10 June 2010, Siena,
Italy
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
4. A. Martelli, “Experience with the electron reconstruction with first CMS
data” at “12th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors
(IPRD10)” 7-10 June 2010, Siena, Italy
5. G. Cerati, “The Underlying Event in pp Collisions at 900 GeV" at
"PLHC2010: Physics at the LHC 2010”, 7-12 Jun 2010, DESY, Hamburg
(Germany).
6. S. Taroni, “Muon commissioning and Exclusive B production at CMS with
the first LHC data” at “BEACH 2010, IX International Conference on Hyperons,
Charm and Beauty Hadrons”, Perugia, Italy - 21st–26th June 2010
7. M. Malberti, "Operation and performance of the CMS Electromagnetic
Calorimeter" at "Kruger2010: Workshop on Discovery Physics at the LHC”, 5-10
Dec 2010, Kruger National Park,The South African Institute of Physics,
Mpumalanga (South Africa).
Pubblicazioni
“Search for a heavy gauge boson W' in the final state with an electron and large
missing transverse energy in pp collisions at √s = 7 TeV”, CMS Collaboration,
[arXiv:1012.5945] (Dec 2010), submitted to PLB
“Search for Dijet Resonances in 7 TeV pp Collisions at CMS.”, CMS Collaboration,
Phys.Rev.Lett.105:211801,2010
“Search for Quark Compositeness with the Dijet Centrality Ratio in pp Collisions at
√s =7 TeV.”, CMS Collaboration, Phys.Rev.Lett.105:262001,2010
“Observation of Long-Range Near-Side Angular Correlations in Proton-Proton
Collisions at the LHC”, CMS Collaboration, JHEP 1009:091,2010.
“Measurement of Bose-Einstein correlations with first CMS data. “, CMS
Collaboration
Phys.Rev.Lett.105:032001,2010.
“Transverse-momentum and pseudorapidity distributions of charged hadrons in pp
collisions at √s = 7 TeV. “ CMS Collaboration, Phys.Rev.Lett.105:022002,2010
“Measurement of the charge ratio of atmospheric muons with the CMS detector.”
CMS Collaboration” Phys.Lett.B692:83-104,2010
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“Transverse momentum and pseudorapidity distributions of charged hadrons in pp
collisions at √s = 0.9 and 2.36 TeV.”, CMS Collaboration, JHEP 1002:041,2010
“First Measurement of the Underlying Event Activity at the LHC with √s = 0.9
TeV.”, CMS Collaboration, Eur.Phys.J.C70:555-572,2010
“CMS Tracking Performance Results from early LHC Operation.“, CMS
Collaboration Eur.Phys.J.C70:1165-1192,2010
“Calibration of the CMS electromagnetic calorimeter at the LHC start up. “, CMS
ECAL Collaboration, Nucl.Instrum.Meth.A617:88-89,2010
“Alignment of the CMS Muon System with Cosmic-Ray and Beam-Halo Muons.”,
CMS Collaboration JINST 5:T03020,2010
“Time Reconstruction and Performance of the CMS Electromagnetic Calorimeter. “,
CMS Collaboration, JINST 5:T03011,2010
“Performance Study of the CMS Barrel Resistive Plate Chambers with Cosmic Rays.
“, CMS Collaboration, JINST 5:T03017,2010
“Aligning the CMS Muon Chambers with the Muon Alignment System during an
Extended Cosmic Ray Run.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03019,2010
“CMS Data Processing Workflows during an Extended Cosmic Ray Run.“, CMS
Collaboration
JINST 5:T03006,2010
“Commissioning of the CMS Experiment and the Cosmic Run at Four Tesla.” , CMS
Collaboration, JINST 5:T03001,2010
“Performance of the CMS Drift Tube Chambers with Cosmic Rays.” , CMS
Collaboration, JINST 5:T03015,2010
“Performance of CMS Hadron Calorimeter Timing and Synchronization using Test
Beam, Cosmic Ray, and LHC Beam Data.” , CMS Collaboration, JINST
5:T03013,2010
“Identification and Filtering of Uncharacteristic Noise in the CMS Hadron
Calorimeter.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03014,2010
“Commissioning of the CMS High-Level Trigger with Cosmic Rays.”, CMS
Collaboration, JINST 5:T03005, 2010
“Performance of the CMS Drift-Tube Local Trigger with Cosmic Rays.“, CMS
Collaboration, JINST 5:T03003,2010
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“Calibration of the CMS Drift Tube Chambers and Measurement of the Drift
Velocity with Cosmic Rays.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03016,2010
“Fine Synchronization of the CMS Muon Drift-Tube Local Trigger using Cosmic
Rays.”
CMS Collaboration, JINST 5:T03004,2010
“Performance of the CMS Hadron Calorimeter with Cosmic Ray Muons and LHC
Beam Data.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03012,2010
“Performance of the CMS Cathode Strip Chambers with Cosmic Rays.”, CMS
Collaboration
JINST 5:T03018,2010
“Performance of CMS Muon Reconstruction in Cosmic-Ray Events.”, CMS
Collaboration
JINST 5:T03022,2010
“Commissioning and Performance of the CMS Silicon Strip Tracker with Cosmic
Ray Muons.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03008,2010
“Measurement of the Muon Stopping Power in Lead Tungstate.“, CMS
Collaboration, JINST 5:P03007,2010
“Performance of the CMS Level-1 Trigger during Commissioning with Cosmic Ray
Muons.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03002,2010
“Commissioning and Performance of the CMS Pixel Tracker with Cosmic Ray
Muons. “, CMS Collaboration, JINST 5:T03007,2010
“Alignment of the CMS Silicon Tracker during Commissioning with Cosmic Rays.”,
CMS Collaboration, JINST 5:T03009,2010
“Performance and Operation of the CMS Electromagnetic Calorimeter.” , CMS
Collaboration
JINST 5:T03010,2010
“Precise Mapping of the Magnetic Field in the CMS Barrel Yoke using Cosmic
Rays.”, CMS Collaboration, JINST 5:T03021,2010
“Radiation hardness qualification of PbWO4 scintillation crystals for the CMS
Electromagnetic Calorimeter.”, CMS Collaboration, JINST 5:P03010,2010
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb
ad LHC
Personale Universitario:
Claudio Arnaboldi, Marta Calvi, Erica Fanchini, Davide Luigi Perego
Personale INFN:
Claudio Gotti, Clara Matteuzzi, Gian Luigi Pessina, Sara Furcas.
Convenzioni: INFN
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 e la prima
presa dati durante il 2010.
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) Prime misure coi dati 2010: misura della sezione d'urto di produzione di adroni
con beauty, studio del flavour-tagging con canali di controllo, misura delle
oscillazioni di Bd in decadimenti semi-leptonici, studio della struttura a jet degli
eventi e identificazione dei jet da quark b.
d) 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
"Measurement of sigma(pp -> b anti-b X) at \sqrt(s)=7 TeV in the forward region"
The LHCb Collaboration, R. Aaij ,.. M.Calvi, S.Furcas, C.Matteuzzi, D.L. Perego e
G.Pessina et al, Physics Letters B 694 (2010) 209.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
"Prompt K0_S production in pp collisions at \sqrt(s)=0.9 TeV",
The LHCb Collaboration, R. Aaij ,.. M.Calvi, S.Furcas, C.Matteuzzi, D.L. Perego e
G.Pessina et al, Physics Letters B 693 (2010) 69.
"Crosstalk study of the single-photon response of a flat-panel PMT for the RICH
upgrade at LHCb."
C.Arnaboldi, M.Calvi, E.Fanchini, C.Gotti, M.Maino, C.Matteuzzi, D. L. Perego,
G.Pessina, et al. IEEE Trans.Nucl.Sci.57:2267-2272,2010.
"Characterization study of silica aerogel for Cherenkov imaging"
Y. Sallaz-Damaza, ...T. Bellunato, C. Matteuzzi and D.L. Perego et al, Nucl. Instrum.
Methods Phys. Res. A, 614, Issue 2, 1 March 2010, Pages 184-195
Note per Conferenze Internazionali
“Measurement of B0 mesons production cross-section in pp collisions at
sqrt(s)07TeV using
B0->D*munuX decays”, G.Cowan, M.Calvi, S.Furcas,S.Vecchi, LHCb-ANA-2010008,LHCb-Conf-2010-012
Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS
Esperimento AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale
Personale Universitario:
G. Boella, M. Gervasi, S. Pensotti
Personale INFN:
C. Consolandi, D. Grandi, E. Memola, P. Rancoita, M. Tacconi
Universita` dell´ Insubria:
S. Della Torre
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Collaboratori esterni:
M. Boschini (CILEA)
Convenzioni: INFN, ASI-INFN, ESA
Figure 1: AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale
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).
1. Tracciamento di particelle cariche nella magnetosfera terrestre.
Il codice di tracciamento, sviluppato a Milano e utilizzato prevalentemente sulla
farm Linux 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:
1) È stato ultimato il lavoro sulla funzione di trasferimento (TF) che descrive la
permeabilità della magnetosfera ai raggi cosmici (RC).
2) 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.
3) È stato calcolato il flusso dei RC nel periodo di inizio dell’attività di AMS02, 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.
2. 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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 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.
3. 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
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.
c) 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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
G. Boella, M. Boschini, C. Consolandi, D .Grandi, M. Gervasi, E. Memola, S.
Pensotti, P.G. Rancoita, M. Tacconi
•
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•
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•
•
•
“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 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 5-9/10/2009),
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.
The AMS Collaboration: “Relative Composition and Energy Spectra of Light
Nuclei in Cosmic Rays. Results from AMS-01”, Astrophys. J 724 (2010), 329–
340, doi: 10.1088/0004-637X/724/1/329.
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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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):
A. Giachero, L. Gironi
Dottorandi: M. Carrettoni, C. Gotti, E.Ferri, C. Maiano, L. Pattavina, M. Biassoni
Ricerca:
a) Misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico con metodo
calorimetrico
Nel corso del 2010 è iniziata l'ottimizzazione dell'esperimento MARE-1. Sono stati
installati due array forniti dal gruppo NASA/GSFC per un totale di 72 canali. Su 11
termistori sono stati applicati cristalli di AgReO4. Su 2 sensori aggiuntivi sono stati
applicati assorbitori di stagno per monitorare il fondo radioatttivo ambientale. Sono
stati effettuati una decina di raffreddamenti volti ad ottimizzare il sistema in termini
di temperatura di lavoro dei rivelatori. Per verificare le prestazioni dei
microcalorimetri sono state impiegate una sorgente di 57Co ed una sorgente di
fluorescenza che emette raggi X a bassa energia. Durante questi raffreddamenti sono
stati individuati e risolti alcuni problemi di termalizzazione che limitavano le
prestazioni dei rivelatori. Tra l'altro, è stato anche necessario riprogettare il sistema
di collegamento elettrico a bassa conducibilità termica tra i rivelatori ed il
preamplificatore criogenico. Al termine del 2010 tutti i problemi sembrano avviati
verso una soluzione: nel 2011 sarà presumibilmente possibile iniziare la presa dati.
Le attività di MARE-1 si svolgono in collaborazione con NASA/GSFC (Greenbelt,
MD, USA) e Wisconsin University (Madison, WI, USA).
Nel corso del 2010 è anche iniziata un'attività in collaborazione con l'Università di
Genova volta a misurare lo spettro di emissione dell'163Ho con tecnica calorimetrica:
questo isotopo potrebbe costituire un'interessante alternativa al 187Re per la misura
diretta della massa del neutrino.
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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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 (0νDDB) 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 degli anni 2009 e 2010 può essere suddivisa in
5 filoni principali:
1. CUORICINO
2. Run di test “Tre torri”
3. CUORE
4. CUORE-0
5. R&D su bolometri scintillanti
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.
Nel corso del 2010 i dati riprocessati col nuovo sistema di analisi sono stati analizzati
focalizzando la ricerca su piu` eventi rari: decadimento Beta+/EC del 120Te, DBD
senza neutrini del 130Te su stato fondamentale, DBD senza neutrini del 130Te su
stato eccitato, DBD con emissione 2 neutrini del 130Te, cattura elettronica del 123Te
dalla shell atomica L, decadimento dell´elettrone. I risultati delle ricerche concluse
sono stati pubblicati in articoli su rivista internazionale e presentati a diversi
congressi internazionali. Sulla base dei dati acquisiti negli ultimi 4 mesi, in cui era
stato installato un veto attivo per muoni, e` stato inoltre stimato il contributo dalla
componente cosmica al fondo dell´esperimento. I risultati di questo lavoro sono stati
riportati in articolo su rivista internazionale. Il fondo radioattivo misurato
dall´esperimento CUORICINO e` ancora oggetto di studio al fine di determinare le
principali sorgenti radioattive che potenzialmente possono ridurre la sensibilita` del
futuro esperimento CUORE per la ricerca del DBD0n del 130Te.
2. RUN DI TEST TRE TORRI
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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
dell´analisi 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 2010 i dati acquisiti da settembre 2009 a gennaio 2010 sono stati
analizzati utilizzando diana, il sistema di analisi sviluppato in vista dei quasis 1000
rivelatori di CUORE. Cio` ha permesso di testare per la prima volta l´intero sistema
su dati completamente nuovi, ottimizzando contestualmente anche algoritmi di
trigger e di acquisizione. L´analisi dei dati, effettuata nell´arco del 2010 ha fornito
importanti risultati per finalizzare la scelta del trattamento del rame da utilizzarsi in
CUORE. Un articolo e` in fase di preparazione.
3. CUORE
L'attività svolta nel corso del 2010, in collaborazione con altre istituzioni ed
università italiane ed americane partecipanti alla sigla CUORE, riguarda diversi
punti così sintetizzabili:
8. baracca sperimentale e criostato: è terminata la prima fase di costruzione
della baracca ed è stata installata la piattaforma di principale di supporto
(MSP) del criostato, e` stato realizzato il foro nel pavimento per il
meccanismo di apertura, sono stati terminati i disegni per la camera pulita ed
e` iniziata l´installazione della medesima, sono iniziate le operazioni di
installazione e messa in opera del sistema di sollevamento. Si e` proseguita la
produzione degli schermi del criostato presso la ditta SIMIC vincitrice della
gara. A Milano si e` proseguita la produzione delle varie componenti
(conduttanze termiche, termalizzatori, termometri, connessioni da vuoto,
sistema di pompaggio). E` continuata la produzione presso Leiden
dell´Unita` a Diluizione del criostato, della Mixing Chamber e degli
scambiatori di calore.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
9. assemblaggio del rivelatore:
E` iniziata la produzione e pulizia dei supporti di teflon dei cristalli e della
struttura di rame delle torri. E` iniziata la costruzione delle glove-box in cui
verranno moltati i rivelatori. E` stata realizzata la macchina per l´incollaggio
dei termistori sui cristalli e si sono effettuati primi test.
Si e` proseguita la produzione dei cristalli di CUORE e il loro stoccaggio in
atmosfera d´azoto all´interno dei laboratori sotterranei del Gran Sasso.
10. 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 di sticking factor
del Rn e dei suoi figli su cristalli di TeO2, al fine di meglio comprendere i
meccanismi di ricontaminazione e ridurli.
11. analisi: il sistema di analisi dei dati realizzato per processare i dati acquisiti
con i quasi 1000 rivelatori di CUORE e` stato testato e ottimizzato
riprocessando i dati di CUORICINO e confrontado i risultati ottenuti con
quelli ottenuti nella precedente analisi. Gli algoritmi cosi` ottimizzati sono
stati successivamente utilizzati per l´analisi del test sulle 3 torri e di tutti i run
di test dei cristalli di CUORE.
12. 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 3 nuovi
test dei cristalli di CUORE.
13. elettronica: e` iniziata la produzione di preamplificatori e resistenze di carico
iniziata.
4. CUORE-0
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 2010 e` iniziata la costruzione dell´esperimento: i cristalli di TeO2
prodotti secondo il protocollo definito per CUORE sono stati allocati in armadi
sotterranei tenuti in sovrapressione di azoto, i termistori sono stati testati e procurati,
la struttura in rame per il sostegno dei cristalli e` stata realizzata e trattata
superficialmente seguendo un protocollo prestabilito presso i laboratori nazionali di
legnaro. La linea di incollaggio dei termistori e`stata completata e sarà ora installata
in camera pulita. E` stato nel corso del 2010 effettuato il cablaggio del sistema di
rivelazione e il test del sistema di centraggio del rivelatore. E` stata messa a punto la
macchina per il bonding dei termistori. Sono stati effettuati test per la tenuta del
vuoto del criostato, e sostituite alcune parti del sistema di pompaggio. E` stato
iniziato un run di test del sistema per verificare il corretto funzionamento e
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
raffreddamento del medesimo. Nei prossimi mesi verra` effettuato l´incollaggio dei
termistori, l´assemblaggio della torre e successivamente la sua installazione nel
criostato di CUORICINO. Per ottobre 2011 e` prevista completa messa in opera
dell´esperimento e l´inizio della presa dati.
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.
Fig. 1 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 2010 lo studio della tecnica bolometrica con cristalli scintillanti e`
proseguito con nuovi test su piu` cristalli. In particolare:
* bolometri scintillanti di ZnSe - è stata misurata con accuratezza la resa in luce a
bassa energia, il quenching factor alfa e la capacità di reiezione di eventi originati da
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
particelle alfa. Si è confermata l'anomalia già osservata per questo cristallo, cioè una
resa in luce delle alfa 4 volte maggiore a quella osservata per le beta/gamma. Infine
si è stati in grado di verificare la differente forma dei segnali sia di luce che di calore
prodotti – in questo cristallo – da particelle alfa e da beta/gamma.
[C. Arnaboldi et al. Astropa. Phys. 34 (2011) 344]
* bolometri scintillanti con cristalli di molibdato (CaMoO4, ZnMoO4, LiMoO4
...) -a seguito di una estensiva campagna di misure si è potuta documentare una
scoperta importante: alcuni cristalli scintillanti hanno segnali termici di forma
differente a seconda della ionizzazione specifica della particella interagente. Questo
fenomeno è stato osservato in forma debole per lo ZnSe e in forma estremamente
marcata per i molibdati per i quali si può parlare di elevato fattore di reiezione delle
particelle alfa anche sulla base del solo segnale termico.L'importanza della scoperta
risiede nell'estrema semplicità del rivelatore, che non richiede più di essere
accoppiato a un rivelatore di luce e mantiene ciò nonostante un'ottima capacità di
identificazione della particella incidente.
[C. Arnaboldi et al. sottomesso ad Astropa. Phys. ]
Pubblicazioni
1. Monte Carlo evaluation of the external gamma, neutron and muon induced
background sources in the CUORE experiment
F. Bellini, C. Bucci, S. Capelli, O. Cremonesi, L. Gironi, M. Martinez, M. Pavan,
C. Tomei, M. Vignati, Pubblicato in Astrop. Phys. Vol. 33, Issue 3, 169-17433,
2010
2. Muon-induced backgrounds in the CUORICINO experiment
E. Andreotti et al., Pubblicato in Astrop. Phys. Vol. 34, Issue 1, 18-24, 2010
3. Production of high purity TeO2 single crystals for the study of neutrinoless
double beta decay, C. Arnaboldi et al.,
Pubblicato in Journal of Crystal Growth 312 20, 2999-3008, 2010
4. Characterization of ZnSe scintillating bolometers for Double Beta Decay
C. Arnaboldi, S. Capelli,, O. Cremonesi, L. Gironi, M. Pavan,, G. Pessina, S.
Pirro
Pubblicato in Astroparticle Physics, Volume 34, Issue 6, Pages 344-353, 2011
5. Measurements of proton-induced radionuclide production cross sections to
evaluate cosmic-ray activation of tellurium
F. Barghouty, et al.,
Sottomesso per pubblicazione a Physical Review C, arXiv:1010.4066v1, 2010
6.
130
Te Neutrinoless Double-Beta Decay with CUORICINO
E. Andreotti, et al.,
Sottomesso per pubblicazione a Astrop. Physics, 2010
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7. A programmable multichannel antialiasing filter for the CUORE experiment
C.Arnaboldi, M.Cariello, S.DiDomizio, A.Giachero, G.Pessina,
Nuclear Instr. and Meth. in Phys. Res. A, vol. 617, pp 327-328, 2010.
8. A novel technique of particle identification with bolometric detectors
C. Arnaboldi, C. Brofferio, O. Cremonesi, L. Gironi, M. Pavan, G. Pessina, S.
Pirro, E. Previtali
Sottomesso a Astroparticle Physics, http://arxiv.org/abs/1011.5415
9. CdWO4 scintillating bolometer for Double Beta Decay: Light and heat
anticorrelation, light yield and quenching factors
C.Arnaboldi et al., Astr. Phys., Volume 34, Issue 3, 2010, Pages 143-150
10. Performance of ZnMoO4 crystal as cryogenic scintillating bolometer to search
for double beta decay of molybdenum
Journal of Instrumentation, Jinst, Vol.5, P11007, p. 1-11, 2010.
11. Scintillating bolometers for Double Beta Decay search
L. Gironi, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A, 617, May 2010,
478-481
12. A very high performance stabilization system for large mass bolometer
experiments
C. Arnaboldi, A. Giachero, C. Gotti, G. Pessina,
Nucl. Instr. And Meth. In Phys. Res. A
In Press, Corrected Proof, Available online 2 October 2010
ISSN 0168-9002
DOI: 10.1016/j.nima.2010.09.151.
13. Neutrino Physics with cryogenic detectors
E.Fiorini
Progress in Part. and Nucl.Physics Volume 64, Issue 2, April 2010, Pages 241248
14. Expectations for a new calorimetric neutrino mass experiment
A.Nucciotti, E.Ferri, O.Cremonesi
ASTROPARTICLE PHYSICS, vol. 34; p. 80-89, ISSN: 0927-6505.
Conferenze:
Neutrino mass calorimetric searches in the MARE experiment,
A.Nucciotti, presentato a XXIV International Conference on Neutrino Physics
and Astrophysics (Neutrino 2010), Athens, Greece, June 14-19, 2010.
Da Pubblicarsi. arXiv:1012.2290
CUORICINO and CUORE: present and future of 130-Te neutrinoless double
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
beta decay searches
A.Nucciotti
presentato a 35th International Conference of High Energy Physics (ICHEP
2010), July 22-28, 2010, Paris, France
Pubblicato on-line: PoS(ICHEP 2010)312
Neutrinoless Double Beta Decay with TeO2 bolometers: past and future
S.Capelli
Preparato per Beyond 2010, Fifth International Conference on ``BEYOND THE
STANDARD MODELS OF PARTICLE PHYSICS, COSMOLOGY AND
ASTROPHYSICS'', Cape Town, South Africa 1 - 6 February 2010.
Da pubblicarsi in Beyond 2010 Conference Proceedings.
Introduction to Double Beta Decay experiments and CUORE
M. Pavan, Neutrino 2010 Atene, plenary session
articolo in corso di pubblicazione sui proceedings
Scintillating bolometers: a powerful instrument for low background experiments
L. Gironi,
Innovative Particle and Radiation Detectors (IPRD10) Siena, 7 - 10 Giugno 2010
Present Experimental Techniques. Results and Plans for Searches for Double
Beta Decay
E.Fiorini,
Review to the International Nuclear Physics Conference, Vancouver
Journal of Physics: Conference Series (in press)
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.
Published in J.Phys.Conf.Ser.202:012037,2010
Ultra Sensitive Neutron Activation Measurements of 232Th in Copper
M. Clemenza, A. Borio di Tigliole, E. Previtali, A. Salvini, Preparato per 3rd
Topical Workshop on Low Radioactivity Techniques 2010, AIP Conference
Proceedings (in stampa)
Fisica del neutrino con rivelatori Cherenkov
Personale universitario
T.Tabarelli De Fatis
Ricerca
Si e' studiata a livello concettuale la possibilita' di impiegare la radiazione Cerenkov
emessa dagli elettroni ultrarelativistici del decadimento beta doppio, come marcatore
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
del processo. Questa tecnica
non convenzionale consentirebbe la soppressione del fondo di conteggi spuri dovuto
a decadimenti alfa associati a contaminazioni residue sulle superfici dei cristalli e sui
supporti.
Pubblicazioni
Cerenkov emission as a positive tag of double beta decays in bolometric experiments
T.Tabarelli De Fatis, Eur.Phys.J.C65:359-361,2010.
ASTROFISICA
Personale
Silvio Bonometto
Guido Chincarini
Giorgio Sironi
Monica Colpi
Giuseppe Gavazzi
Massimo Gervasi
Giandomenico Sassi
Mario Zannoni
professore ordinario
professore ordinario
professore ordinario
professore associato
professore associato
professore associato
professore associato
ricercatore universitario
Michela Mapelli
Emanuele Ripamonti
Luciano Casarini
assegnista di ricerca
assegnista di ricerca
assegnista di ricerca
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
Michela Mapelli
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Emanuele Ripamonti
Giorgio Calderone
I. Buchi neri supermassivi
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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Collaborazioni:
Albert Einstein Institute Potsdam
Institute for Theoretical Studies, University of Zurich
University of Michigan
Univerità dell'Insubria
Pubblicazioni:
1) B. Devecchi, M. Volonteri, M. Colpi, F, Haardt:
High-redshift formation and evolution of central massive objects - I. Model
description
MNRAS, 2010, 409, 1057
2) M. Mapelli, E. Ripamonti, L. Zampieri, M. Colpi, A. Bressan:
Ultra Luminous X-ray sources as remnants of massive metal-poor stars
MNRAS, 2010, 408, 234
3) R. Salvaterra, B. Devecchi, M. Colpi, P. D'Avanzo:
On the offset of Short Gamma Ray Bursts
MNRAS Letters, 2010, 406, 1248
4) M. Dotti, M. Volonteri, A. Perego, M. Colpi, M Ruszkowski, F. Haardt:
Dual black holes in merger remnants - II. Spin evolution and gravitational recoil
MNRAS, 2010, 402, 682
5) Ripamonti, E.; Mapelli, M.; Zampieri, L.; Colpi, M.:
The metallicity of the nebula surrounding the ultra-luminous X-ray source
NGC 1313 X-2
Accepted for publication in the Astronomische Nachrichten, to appear in the
proceedings of the conference "Ultra-Luminous X-ray sources and Middle Weight
Black Holes" (Madrid, May 24-26, 2010)
6) Mapelli, M.; Ripamonti, E.; Zampieri, L.; Colpi, M.:
Remnants of massive
Accepted for publication in the Astronomische Nachrichten, to appear in the
proceedings of the conference "Ultra-luminous X-ray sources and Middle Weight
Black Holes" (Madrid, May 24-26, 2010)
7) Ultraluminous X-ray Sources forming in low metallicity natal environments
Zampieri, L.; Colpi, M.; Mapelli, M.; Patruno, A.; Roberts, T. P.:
X-RAY ASTRONOMY 2009; PRESENT STATUS, MULTI-WAVELENGTH
APPROACH AND FUTURE PERSPECTIVES: Proceedings of the International
Conference. AIP Conference Proceedings, Volume 1248, pp. 97-100 (2010).
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
• 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 nei superammassi della Vergine e di Coma. 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
1) 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. Dopo aver completato le osservazioni di Virgo, ALFALFA nel 2010
affronta la regione di Coma.
2)
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 di Coma onde stabilire l'efficienza di
trasformazione del loro gas in stelle. La campagna ha da quest'anno generato una
collaborazione con colleghi dell'Universidad Autonoma de Mexico (UNAM).
3)
NGVS (2009-2012): Next Generation Virgo Survey (PI L. Ferrarese)
continua con l'obiettivo di coprire l'ammasso della Vergine con osservazioni ottiche
in 4 bande di profondità e risoluzione senza precedenti, mediante il telescopio
Franco-Canadese CFHT da 3.6m.
4) HeViCS: (2009-2011) Herschel Virgo Cluster Survey (PI J. Davies), che utilizza
il satellite infrarosso Herschel, lanciato con successo da ESA, per mappare, di anno
in anno più' profondamente (un passaggio nel 2009, e fino a 8 passaggi negli anni a
venire) una porzione consistente dell'ammasso della Vergine alla scoperta della
distribuzione delle polveri nelle sue galassie.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Quest'anno si sono potuti cogliere i primi frutti della campagna HeVics del satellite
Herschel alla quale è dedicata la "special issue" della rivista Astronomy and
Astrophysics
(vedi Pubblicazioni).
Nel 2010 la campagna H_ALFA^3 condotta in Messico ha invece dato risultati molto
al di sotto delle aspettative a causa della avversa meteorologia e di una grave avaria
tecnica.
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
Universidad Autonoma de Mexico
Pubblicazioni 2010
1) Gavazzi G. , Fumagalli, M., Boselli, A., Cucciati, O.
"A snapshot on galaxy evolution in the Great Wall: the role of Nurture at z=0" ,
2010, AA, 517, 73.
2) A. Boselli, L. Ciesla, V. Buat, , L. Cortese, R. Auld, M. Baes, M. Barlow, G. J.
Bendo, S. Bianchi, J.
Bock , D.J. Bomans , M. Bradford , N. Castro-Rodriguez , P. Chanial , S. Charlot ,
M. Clemens , D. Clements , E. Corbelli , A. Cooray , D. Cormier , A. Dariush , J.
Davies , I. De Looze , S. di Serego Alighieri , E. Dwek , S. Eales , D. Elbaz , D.
Fadda , J. Fritz , M. Galametz , F. Galliano , D.A. Garcia-Appadoo , G. Gavazzi , W.
Gear , C. Giovanard , J. Glenn , H. Gomez , M. Griffin , M. Grossi , S. Hony , T.M.
Hughes , L. Hunt , K. Isaak , A. Jones , L. Levenson , N. Lu , S. Madden , B.
OÕHalloran , K. Okumura , S. Oliver , M. Page , P. Panuzzo , A. Papageorgiou , T.
Parkin , I. Perez-Fournon , M. Pohlen , N. Rangwala , E. Rigby , H. Roussel , A.
Rykala , S. Sabatini , N. Sacchi , M. Sauvage , B. Schulz , M. Schirm , M.W.L.
Smith , L. Spinoglio , J. Stevens , S. Sundar , M. Symeonidis , M. Trichas , M.
Vaccari , J. Verstappen , L. Vigroux , C. Vlahakis , C. Wilson , H. Wozniak , G.
Wright , E.M. Xilouris , W. Zeilinger , S. Zibetti
"Far-IR colours and SED of nearby galaxies observed with Herschel" 2010, A\&A
Letters, Special Issue, 518, 61
3) M. Clemens , A. P. Jones , A. Bressan, , M. Baes , G. Bendo , S. Bianchi , D. J.
Bomans , A. Boselli , E. Corbelli , L. Cortese , A. Dariush , J. I. Davies , I. De Looze
, S. di Serego Alighieri , D. Fadda , J. Fritz , D. A. Garcia-Appadoo , G. Gavazzi , C.
Pagina 36 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Giovanardi , M. Grossi , T. M. Hughes , L. K. Hunt , S. Madden , D. Pierini , M.
Pohlen , S. Sabatini , M. W. L. Smith , J. Verstappen , C. Vlahakis , E. M. Xilouris ,
and S. Zibetti
"The Herschel Virgo Cluster Survey: I I I. A constraint on dust grain lifetime in
early-type galaxies"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 50
4) M. Baes , M. Clemens , E. M. Xilouris , J. Fritz , W. D. Cotton , J. I. Davies , G.
Bendo , S. Bianchi , L. Cortese , I. De Looze , M. Pohlen , J. Verstappen , D. J.
Bomans , A. Boselli , E. Corbelli , A. Dariush , S. di Serego Alighieri , D. Fadda , D.
A. Garcia-Appadoo , G. Gavazzi , C. Giovanardi , M. Grossi , T. M. Hughes, L. K.
Hunt , A. P. Jones , S. Madden , D. Pierini , S. Sabatini , M. W. L. Smith , C.
Vlahakis , and S. Zibetti "The Herschel Virgo Cluster Survey VII: the far-infrared
view of M87" 2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 53
5) L. Cortese , J. I. Davies , M. Baes , G. Bendo , S. Bianchi , D. J. Bomans , A.
Boselli , M. Clemens , E. Corbelli , A. Dariush , I. De Looze , S. di Serego Alighieri ,
D. Fadda , J. Fritz , D. A. Garcia-Appadoo , G. Gavazzi , C. Giovanardi , M. Grossi ,
T. M. Hughes , L. K. Hunt , A. P. Jones , S. Madden , D. Pierini , M. Pohlen , S.
Sabatini , M. W. L. Smith , J. Verstappen , C. Vlahakis , E. M. Xilouris , and S.
Zibetti
" The Herschel Virgo Cluster Survey: II. Truncated dust disks in HI-deficient spirals"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 49
6) J. I. Davies , L. Cortese , M. Baes , G. Bendo , S. Bianchi , D. J. Bomans , A.
Boselli , M. Clemens , E. Corbelli , A. Dariush , I. De Looze , S. di Serego Alighieri ,
D. Fadda , J. Fritz , D. A. Garcia-Appadoo , G. Gavazzi , C. Giovanardi , M. Grossi ,
T. M. Hughes , L. K. Hunt , A. P. Jones , S. Madden , D. Pierini , M. Pohlen , S.
Sabatini , M. W. L. Smith , J. Verstappen , C. Vlahakis , E. M. Xilouris , and S.
Zibetti " The Herschel Virgo Cluster Survey: I. Luminosity Functions and Colours"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 48
7) M. W. L. Smith , C. Vlahakis , M. Baes , G. Bendo , S. Bianchi , D. J. Bomans ,
A. Boselli , M. Clemens , E. Corbelli , L. Cortese , A. Dariush , J. I. Davies , I. De
Looze , S. di Serego Alighieri , D. Fadda , J. Fritz , D. A. Garcia-Appadoo , G.
Gavazzi , C. Giovanardi , M. Grossi , T. M. Hughes , L. K. Hunt , A. P. Jones , S.
Madden , D. Pierini , M. Pohlen , S. Sabatini , J. Verstappen , E. M. Xilouris1 , S.
Zibetti , R. Auld, M. J. Barlow, J. J. Bock, M. Bradford, V. Buat, N. CastroRodriguez, P. Chanial, S. Charlot, L. Ciesla, D. L. Clements, A. Cooray, D. Cormier,
E. Dwek, S. A. Eales, D. Elbaz, M. Galametz, F. Galliano, W. K. Gear, J. Glenn, H.
L. Gomez, M. Griffin, S. Hony, K. G. Isaak, L. R. Levenson, N. Lu, S. Madden, B.
OÕHalloran, K. Okumura, S. Oliver, M. J. Page, P. Panuzzo, A. Papageorgiou, T. J.
Parkin, I. Perez-Fournon, N. Rangwala, E. E. Rigby, H. Roussel, A. Rykala, N.
Sacchi, M. Sauvage, B. Schulz, M. R. P. Schirm, L. Spinoglio, J. A. Stevens, S.
Srinivasan, M. Symeonidis, M. Trichas, M. Vaccari, L. Vigroux, C. D. Wilson, H.
Wozniak, G. S. Wright, and W. W. Zeilinger "The Herschel Virgo Cluster Survey:
IV. Resolved dust analysis of spiral galaxies"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 51
Pagina 37 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
8) I. De Looze , M. Baes , S. Zibetti , J. Fritz , G. Bendo , S. Bianchi , M. Clemens ,
L. Cortese , J. I. Davies , M. Pohlen , J. Verstappen , D. J. Bomans , A. Boselli , E.
Corbelli , A. Dariush , S. di Serego Alighieri , D. Fadda , D. A. Garcia-Appadoo , G.
Gavazzi , C. Giovanardi , M. Grossi , T. M. Hughes , L. K. Hunt , A. P. Jones , S.
Madden , S. Sabatini , M. W. L. Smith , C. Vlahakis , and E. M. Xilouris
"The Herschel Virgo Cluster Survey: VIII. Dust in cluster dwarf elliptical galaxies"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 54
9) M. Grossi , L. K. Hunt , S. Madden , C. Vlahakis , D. J. Bomans , M. Baes , G.
Bendo , S. Bianchi , A. Boselli , M. Clemens , E. Corbelli , L. Cortese , A. Dariush ,
J. I. Davies , I. De Looze , S. di Serego Alighieri , D. Fadda , J. Fritz , D. A. GarciaAppadoo , G. Gavazzi , C. Giovanardi , T. M. Hughes , A. P. Jones , M. Pohlen , S.
Sabatini , M. W. L. Smith , J. Verstappen , E. M. Xilouris , and S. Zibetti
"The Herschel Virgo Cluster Survey: V. Star forming dwarf galaxies - dust in metalpoor environments"
2010, A\&A Letters, Special Issue, 518, 52
Fisica dei Gamma Ray Bursts
Personale
Guido Chincarini
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
Pagina 38 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
•
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.
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) “The Palermo Swift-BAT hard X-ray catalogue. III. Results after 54 months of
sky survey”
Cusumano, G.; La Parola, V.; Segreto, A.; Ferrigno, C.; Maselli, A.; Sbarufatti, B.;
Romano, P.; Chincarini, G.; Giommi, P.; Masetti, N.; Moretti, A.; Parisi, P.;
Tagliaferri, G.
Astronomy and Astrophysics, Volume 524, id.A64
DOI: 10.1051/0004-6361/201015249
Pagina 39 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
2) “The afterglow and host galaxy of GRB 090205: evidence of a Ly-α emitter at z =
4.65”
D'Avanzo, P.; Perri, M.; Fugazza, D.; Salvaterra, R.; Chincarini, G.; Margutti, R.;
Wu, X. F.; Thöne, C. C.; Fernández-Soto, A.; Ukwatta, T. N.; Burrows, D. N.;
Gehrels, N.; Meszaros, P.; Toma, K.; Zhang, B.; Covino, S.; Campana, S.; D'Elia,
V.; Della Valle, M.; Piranomonte, S.
Astronomy and Astrophysics, Volume 522, id.A20
DOI: 10.1051/0004-6361/201014801
3) “The evolution of the width of X-ray flares with time in Gamma-ray bursts”
Bernardini, Maria Grazia; Chincarini, Guido; Margutti, Raffaella
DECIPHERING THE ANCIENT UNIVERSE WITH GAMMA-RAY BURSTS.
AIP Conference Proceedings, Volume 1279, pp. 287-289 (2010)
4) “The 54-month Palermo BAT-survey catalogue (Cusumano+, 2010)”
Cusumano, G.; La Parola, V.; Segreto, A.; Ferrigno, C.; Maselli, A.; Sbarufatti, B.;
Romano, P.; Chincarini, G.; Giommi, P.; Masetti, N.; Moretti, A.; Parisi, P.;
Tagliaferri, G.
VizieR On-line Data Catalog: J/A+A/524/A64. Originally published in:
2010A&A...524A..64C
5) “The Afterglows of Swift-era Gamma-ray Bursts. I. Comparing pre-Swift and
Swift-era Long/Soft (Type II) GRB Optical Afterglows
Kann, D. A.; Klose, S.; Zhang, B.; Malesani, D.; Nakar, E.; Pozanenko, A.; Wilson,
A. C.; Butler, N. R.; Jakobsson, P.; Schulze, S.; Andreev, M.; Antonelli, L. A.;
Bikmaev, I. F.; Biryukov, V.; Böttcher, M.; Burenin, R. A.; Castro Cerón, J. M.;
Castro-Tirado, A. J.; Chincarini, G.; Cobb, B. E.; Covino, S.; D'Avanzo, P.; D'Elia,
V.; Della Valle, M.; de Ugarte Postigo, A.; Efimov, Yu.; Ferrero, P.; Fugazza, D.;
Fynbo, J. P. U.; Gålfalk, M.; Grundahl, F.; Gorosabel, J.; Gupta, S.; Guziy, S.;
Hafizov, B.; Hjorth, J.; Holhjem, K.; Ibrahimov, M.; Im, M.; Israel, G. L.; Jeĺinek,
M.; Jensen, B. L.; Karimov, R.; Khamitov, I. M.; Kiziloǧlu, Ü.; Klunko, E.;
Kubánek, P.; Kutyrev, A. S.; Laursen, P.; Levan, A. J.; Mannucci, F.; Martin, C. M.;
Mescheryakov, A.; Mirabal, N.; Norris, J. P.; Ovaldsen, J.-E.; Paraficz, D.; Pavlenko,
E.; Piranomonte, S.; Rossi, A.; Rumyantsev, V.; Salinas, R.; Sergeev, A.; Sharapov,
D.; Sollerman, J.; Stecklum, B.; Stella, L.; Tagliaferri, G.; Tanvir, N. R.; Telting, J.;
Testa, V.; Updike, A. C.; Volnova, A.; Watson, D.; Wiersema, K.; Xu, D.
The Astrophysical Journal, Volume 720, Issue 2, pp. 1513-1558 (2010)
6) “Lag-luminosity relation in γ-ray burst X-ray flares: a direct link to the prompt
emission”
Margutti, R.; Guidorzi, C.; Chincarini, G.; Bernardini, M. G.; Genet, F.; Mao, J.;
Pasotti, F.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 406, Issue 4, pp. 21492167
7) “Unveiling the origin of X-ray flares in gamma-ray bursts”
Pagina 40 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Chincarini, G.; Mao, J.; Margutti, R.; Bernardini, M. G.; Guidorzi, C.; Pasotti, F.;
Giannios, D.; Della Valle, M.; Moretti, A.; Romano, P.; D'Avanzo, P.; Cusumano,
G.; Giommi, P.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 406, Issue 4, pp. 21132148
8) “Mechanical design considerations for a 3m class fast pointing telescope”
Riva, M.; Bortoletto, F.; Bonoli, C.; de Caprio, V.; Spanó, P.; Covino, S.; Molinari,
E.; Vitali, F.; Zannoni, M.; Chincarini, G.
Ground-based and Airborne Telescopes III. Edited by Stepp, Larry M.; Gilmozzi,
Roberto; Hall, Helen J. Proceedings of the SPIE, Volume 7733, pp. 77330X77330X-14 (2010)
9) “Path to the stars: the evolution of the species in the hunting to the GRBs”
Vitali, Fabrizio; Chincarini, Guido; Zannoni, Mario; Covino, Stefano; Molinari,
Emilio; Benetti, Stefano; Bonoli, Carlotta; Bortoletto, Favio; Cascone, Enrico;
Cosentino, Rosario; D'Alessio, Francesco; D'Avanzo, Paolo; de Caprio, Vincenzo;
Della Valle, Massimo; Fernandez-Soto, Alberto; Fugazza, Dino; Giro, Enrico;
Magrin, Demetrio; Malaspina, Giuseppe; Mankiewicz, Lech; Margutti, Raffaella;
Mazzoleni, Ruben; Nicastro, Luciano; Riva, Alberto; Riva, Marco; Salvaterra,
Ruben; Spanò, Paolo; Sperandio, Monica; Stefanon, Mauro; Tosti, Gino; Testa,
Vincenzo
Ground-based and Airborne Telescopes III. Edited by Stepp, Larry M.; Gilmozzi,
Roberto; Hall, Helen J. Proceedings of the SPIE, Volume 7733, pp. 77330W77330W-14 (2010)
10) “The Swift-BAT hard X-ray sky monitoring unveils the orbital period of the
HMXB IGR J16493-4348”
Cusumano, G.; La Parola, V.; Romano, P.; Segreto, A.; Vercellone, S.; Chincarini,
G.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 406, Issue 1,
pp. L16-L19
11) “The Palermo Swift-BAT Hard X-ray Catalogue: Results after 54 months of sky
survey”
La Parola, V.; Cusumano, G.; Segreto, A.; Maselli, A.; Sbarufatti, B.; Ferrigno, C.;
Chincarini, G.; Tagliaferri, G.; Campana, S.; Moretti, A.; Giommi, P.; Masetti, N.
X-RAY ASTRONOMY 2009; PRESENT STATUS, MULTI-WAVELENGTH
APPROACH AND FUTURE PERSPECTIVES: Proceedings of the International
Conference. AIP Conference Proceedings, Volume 1248, pp. 459-460 (2010)
12) “Detection of an orbital period in the supergiant high-mass X-ray binary IGR
J16465-4507 with Swift-BAT”
La Parola, V.; Cusumano, G.; Romano, P.; Segreto, A.; Vercellone, S.; Chincarini,
G.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 405, Issue 1,
pp. L66-L70
Pagina 41 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
13) “The Spectral Energy Distribution of Fermi Bright Blazars”
Abdo, A. A.; Ackermann, M.; Agudo, I.; Ajello, M.; Aller, H. D.; Aller, M. F.;
Angelakis, E.; Arkharov, A. A.; Axelsson, M.; Bach, U.; Baldini, L.; Ballet, J.;
Barbiellini, G.; Bastieri, D.; Baughman, B. M.; Bechtol, K.; Bellazzini, R.; Benitez,
E.; Berdyugin, A.; Berenji, B.; Blandford, R. D.; Bloom, E. D.; Boettcher, M.;
Bonamente, E.; Borgland, A. W.; Bregeon, J.; Brez, A.; Brigida, M.; Bruel, P.;
Burnett, T. H.; Burrows, D.; Buson, S.; Caliandro, G. A.; Calzoletti, L.; Cameron, R.
A.; Capalbi, M.; Caraveo, P. A.; Carosati, D.; Casandjian, J. M.; Cavazzuti, E.;
Cecchi, C.; Çelik, Ö.; Charles, E.; Chaty, S.; Chekhtman, A.; Chen, W. P.; Chiang,
J.; Chincarini, G.; Ciprini, S.; Claus, R.; Cohen-Tanugi, J.; Colafrancesco, S.;
Cominsky, L. R.; Conrad, J.; Costamante, L.; Cutini, S.; D'ammando, F.; Deitrick,
R.; D'Elia, V.; Dermer, C. D.; de Angelis, A.; de Palma, F.; Digel, S. W.;
Donnarumma, I.; Silva, E. do Couto e.; Drell, P. S.; Dubois, R.; Dultzin, D.; Dumora,
D.; Falcone, A.; Farnier, C.; Favuzzi, C.; Fegan, S. J.; Focke, W. B.; Forné, E.;
Fortin, P.; Frailis, M.; Fuhrmann, L.; Fukazawa, Y.; Funk, S.; Fusco, P.; Gómez, J.
L.; Gargano, F.; Gasparrini, D.; Gehrels, N.; Germani, S.; Giebels, B.; Giglietto, N.;
Giommi, P.; Giordano, F.; Giuliani, A.; Glanzman, T.; Godfrey, G.; Grenier, I. A.;
Gronwall, C.; Grove, J. E.; Guillemot, L.; Guiriec, S.; Gurwell, M. A.; Hadasch, D.;
Hanabata, Y.; Harding, A. K.; Hayashida, M.; Hays, E.; Healey, S. E.; Heidt, J.;
Hiriart, D.; Horan, D.; Hoversten, E. A.; Hughes, R. E.; Itoh, R.; Jackson, M. S.;
Jóhannesson, G.; Johnson, A. S.; Johnson, W. N.; Jorstad, S. G.; Kadler, M.; Kamae,
T.; Katagiri, H.; Kataoka, J.; Kawai, N.; Kennea, J.; Kerr, M.; Kimeridze, G.;
Knödlseder, J.; Kocian, M. L.; Kopatskaya, E. N.; Koptelova, E.; Konstantinova, T.
S.; Kovalev, Y. Y.; Kovalev, Yu. A.; Kurtanidze, O. M.; Kuss, M.; Lande, J.;
Larionov, V. M.; Latronico, L.; Leto, P.; Lindfors, E.; Longo, F.; Loparco, F.; Lott,
B.; Lovellette, M. N.; Lubrano, P.; Madejski, G. M.; Makeev, A.; Marchegiani, P.;
Marscher, A. P.; Marshall, F.; Max-Moerbeck, W.; Mazziotta, M. N.; McConville,
W.; McEnery, J. E.; Meurer, C.; Michelson, P. F.; Mitthumsiri, W.; Mizuno, T.;
Moiseev, A. A.; Monte, C.; Monzani, M. E.; Morselli, A.; Moskalenko, I. V.;
Murgia, S.; Nestoras, I.; Nilsson, K.; Nizhelsky, N. A.; Nolan, P. L.; Norris, J. P.;
Nuss, E.; Ohsugi, T.; Ojha, R.; Omodei, N.; Orlando, E.; Ormes, J. F.; Osborne, J.;
Ozaki, M.; Pacciani, L.; Padovani, P.; Pagani, C.; Page, K.; Paneque, D.; Panetta, J.
H.; Parent, D.; Pasanen, M.; Pavlidou, V.; Pelassa, V.; Pepe, M.; Perri, M.; PesceRollins, M.; Piranomonte, S.; Piron, F.; Pittori, C.; Porter, T. A.; Puccetti, S.; Rahoui,
F.; Rainò, S.; Raiteri, C.; Rando, R.; Razzano, M.; Reimer, A.; Reimer, O.;
Reposeur, T.; Richards, J. L.; Ritz, S.; Rochester, L. S.; Rodriguez, A. Y.; Romani,
R. W.; Ros, J. A.; Roth, M.; Roustazadeh, P.; Ryde, F.; Sadrozinski, H. F.-W.;
Sadun, A.; Sanchez, D.; Sander, A.; Saz Parkinson, P. M.; Scargle, J. D.; Sellerholm,
A.; Sgrò, C.; Shaw, M. S.; Sigua, L. A.; Siskind, E. J.; Smith, D. A.; Smith, P. D.;
Spandre, G.; Spinelli, P.; Starck, J.-L.; Stevenson, M.; Stratta, G.; Strickman, M. S.;
Suson, D. J.; Tajima, H.; Takahashi, H.; Takahashi, T.; Takalo, L. O.; Tanaka, T.;
Thayer, J. B.; Thayer, J. G.; Thompson, D. J.; Tibaldo, L.; Torres, D. F.; Tosti, G.;
Tramacere, A.; Uchiyama, Y.; Usher, T. L.; Vasileiou, V.; Verrecchia, F.; Vilchez,
N.; Villata, M.; Vitale, V.; Waite, A. P.; Wang, P.; Winer, B. L.; Wood, K. S.;
Ylinen, T.; Zensus, J. A.; Zhekanis, G. V.; Ziegler, M.
The Astrophysical Journal, Volume 716, Issue 1, pp. 30-70 (2010)
14) “Swift highlights and flares (Back to the drawing board?)”
Pagina 42 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Chincarini, G.; Margutti, R.
"1st Galileo Xu Guangqi Meeting" conference proceeding arXiv1005.4507C
15) “The Sooner: a Large Robotic Telescope”
Chincarini, G.; Zannoni, M.; Covino, S.; Molinari, E.; Benetti, S.; Vitali, F.; Bonoli,
C.; Bortoletto, F.; Cascone, E.; Cosentino, R.; D'Alessio, F.; D'Avanzo, P.; De
Caprio, V.; Della Valle, M.; Fernandez-Soto, A.; Fugazza, D.; Giro, E.; Gomboc, A.;
Guidorzi, C.; Magrin, D.; Malaspina, G.; Mankiewicz, L.; Margutti, R.; Mazzoleni,
R.; Nicastro, L.; Riva, A.; Riva, M.; Salvaterra, R.; Spano, P.; Sperandio, M.;
Stefanon, M.; Tosti, G.; Testa, V.
Proceedings of the conference "The Shocking Universe", San Servolo Venice,
September 14-18, 2009. arXiv1005.1569C
16) “Hard X-ray survey from Swift-BAT 2004-2006 (Tueller+, 2010)”
Tueller, J.; Baumgartner, W. H.; Markwardt, C. B.; Skinner, G. K.; Mushotzky, R.
F.; Ajello, M.; Barthelmy, S.; Beardmore, A.; Brandt, W. N.; Burrows, D.;
Chincarini, G.; Campana, S.; Cummings, J.; Cusumano, G.; Evans, P.; Fenimore, E.;
Gehrels, N.; Godet, O.; Grupe, D.; Holland, S.; Kennea, J.; Krimm, H. A.; Koss, M.;
Moretti, A.; Mukai, K.; Osborne, J. P.; Okajima, T.; Pagani, C.; Page, K.; Palmer, D.;
Parsons, A.; Schneider, D. P.; Sakamoto, T.; Sambruna, R.; Sato, G.; Stamatikos, M.;
Stroh, M.; Ukwata, T.; Winter, L.
VizieR On-line Data Catalog: J/ApJS/186/378. Originally published in:
2010ApJS..186..378T
17) “GRB081028 and its late-time afterglow re-brightening”
Margutti, R.; Genet, F.; Granot, J.; Barniol Duran, R.; Guidorzi, C.; Chincarini, G.;
Mao, J.; Schady, P.; Sakamoto, T.; Miller, A. A.; Olofsson, G.; Bloom, J. S.; Evans,
P. A.; Fynbo, J. P. U.; Malesani, D.; Moretti, A.; Pasotti, F.; Starr, D.; Burrows, D.
N.; Barthelmy, S. D.; Roming, P. W. A.; Gehrels, N.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 402, Issue 1, pp. 46-64
18) “The Palermo Swift-BAT Hard X-ray Catalogue: Results After 54 Months of
Sky Survey”
Cusumano, Giancarlo; La Parola, V.; Segreto, A.; Romano, P.; Sbarufatti, B.;
Ferrigno, C.; Maselli, A.; Campana, S.; Moretti, A.; Chincarini, G.; Tagliaferri, G.;
Giommi, P.; Masetti, N.
American Astronomical Society, HEAD meeting #11, #35.08; Bulletin of the
American Astronomical Society, Vol. 41, p.715
19) “The 22 Month Swift-BAT All-Sky Hard X-ray Survey”
Tueller, J.; Baumgartner, W. H.; Markwardt, C. B.; Skinner, G. K.; Mushotzky, R.
F.; Ajello, M.; Barthelmy, S.; Beardmore, A.; Brandt, W. N.; Burrows, D.;
Chincarini, G.; Campana, S.; Cummings, J.; Cusumano, G.; Evans, P.; Fenimore, E.;
Gehrels, N.; Godet, O.; Grupe, D.; Holland, S.; Kennea, J.; Krimm, H. A.; Koss, M.;
Moretti, A.; Mukai, K.; Osborne, J. P.; Okajima, T.; Pagani, C.; Page, K.; Palmer, D.;
Parsons, A.; Schneider, D. P.; akamoto, T.; Sambruna, R.; Sato, G.; Stamatikos, M.;
Stroh, M.; Ukwata, T.; Winter, L.
The Astrophysical Journal Supplement, Volume 186, Issue 2, pp. 378-405 (2010)
Pagina 43 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
20) “Swift and Fermi Observations of the Early Afterglow of the Short Gamma-Ray
Burst 090510”
De Pasquale, M.; Schady, P.; Kuin, N. P. M.; Page, M. J.; Curran, P. A.; Zane, S.;
Oates, S. R.; Holland, S. T.; Breeveld, A. A.; Hoversten, E. A.; Chincarini, G.;
Grupe, D.; Abdo, A. A.; Ackermann, M.; Ajello, M.; Axelsson, M.; Baldini, L.;
Ballet, J.; Barbiellini, G.; Baring, M. G.; Bastieri, D.; Bechtol, K.; Bellazzini, R.;
Berenji, B.; Bissaldi, E.; Blandford, R. D.; Bloom, E. D.; Bonamente, E.; Borgland,
A. W.; Bouvier, A.; Bregeon, J.; Brez, A.; Briggs, M. S.; Brigida, M.; Bruel, P.;
Burnett, T. H.; Buson, S.; Caliandro, G. A.; Cameron, R. A.; Caraveo, P. A.;
Carrigan, S.; Casandjian, J. M.; Cecchi, C.; Çelik, Ö.; Chekhtman, A.; Chiang, J.;
Ciprini, S.; Claus, R.; Cohen-Tanugi, J.; Connaughton, V.; Conrad, J.; Dermer, C.
D.; de Angelis, A.; de Palma, F.; Dingus, B. L.; Silva, E. do Couto e.; Drell, P. S.;
Dubois, R.; Dumora, D.; Farnier, C.; Favuzzi, C.; Fegan, S. J.; Fishman, G.; Focke,
W. B.; Frailis, M.; Fukazawa, Y.; Funk, S.; Fusco, P.; Gargano, F.; Gasparrini, D.;
Gehrels, N.; Germani, S.; Giglietto, N.; Giordano, F.; Glanzman, T.; Godfrey, G.;
Granot, J.; Greiner, J.; Grenier, I. A.; Grove, J. E.; Guillemot, L.; Guiriec, S.;
Harding, A. K.; Hayashida, M.; Hays, E.; Horan, D.; Hughes, R. E.; Jackson, M. S.;
Jóhannesson, G.; Johnson, A. S.; Johnson, W. N.; Kamae, T.; Katagiri, H.; Kataoka,
J.; Kawai, N.; Kerr, M.; Kippen, R. M.; Knödlseder, J.; Kocevski, D.; Kuss, M.;
Lande, J.; Latronico, L.; Lemoine-Goumard, M.; Longo, F.; Loparco, F.; Lott, B.;
Lovellette, M. N.; Lubrano, P.; Makeev, A.; Mazziotta, M. N.; McEnery, J. E.;
McGlynn, S.; Meegan, C.; Mészáros, P.; Meurer, C.; Michelson, P. F.; Mitthumsiri,
W.; Mizuno, T.; Monte, C.; Monzani, M. E.; Moretti, E.; Morselli, A.; Moskalenko,
I. V.; Murgia, S.; Nolan, P. L.; Norris, J. P.; Nuss, E.; Ohno, M.; Ohsugi, T.;
Omodei, N.; Orlando, E.; Ormes, J. F.; Paciesas, W. S.; Paneque, D.; Panetta, J. H.;
Parent, D.; Pelassa, V.; Pepe, M.; Pesce-Rollins, M.; Piron, F.; Porter, T. A.; Preece,
R.; Rainò, S.; Rando, R.; Razzano, M.; Reimer, A.; Reimer, O.; Reposeur, T.; Ritz,
S.; Rochester, L. S.; Rodriguez, A. Y.; Roth, M.; Ryde, F.; Sadrozinski, H. F.-W.;
Sander, A.; Saz Parkinson, P. M.; Scargle, J. D.; Schalk, T. L.; Sgrò, C.; Siskind, E.
J.; Smith, P. D.; Spandre, G.; Spinelli, P.; Stamatikos, M.; Starck, J.-L.; Stecker, F.
W.; Strickman, M. S.; Suson, D. J.; Tajima, H.; Takahashi, H.; Tanaka, T.; Thayer, J.
B.; Thayer, J. G.; Thompson, D. J.; Tibaldo, L.; Toma, K.; Torres, D. F.; Tosti, G.;
Tramacere, A.; Uchiyama, Y.; Uehara, T.; Usher, T. L.; van der Horst, A. J.;
Vasileiou, V.; Vilchez, N.; Vitale, V.; von Kienlin, A.; Waite, A. P.; Wang, P.;
Winer, B. L.; Wood, K. S.; Wu, X. F.; Yamazaki, R.; Ylinen, T.; Ziegler, M.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 709, Issue 2, pp. L146-L151 (2010)
21) “The Palermo Swift-BAT hard X-ray catalogue. II. Results after 39 months of
sky survey”
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.
Astronomy and Astrophysics, Volume 510, id.A48
22) “A Path to the Stars: The Evolution of the Species”
Vitali, Fabrizio; Chincarini, Guido; Zannoni, Mario; Covino, Stefano; Molinari,
Emilio; Benetti, Stefano; Bonoli, Carlotta; Bortoletto, Favio; Cascone, Enrico;
Pagina 44 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Cosentino, Rosario; D'Alessio, Francesco; D'Avanzo, Paolo; de Caprio, Vincenzo;
Della Valle, Massimo; Fernandez-Soto, Alberto; Fugazza, Dino; Giro, Enrico;
Magrin, Demetrio; Malaspina, Giuseppe; Mankiewicz, Lech; Margutti, Raffaella;
Mazzoleni, Ruben; Nicastro, Luciano; Riva, Alberto; Riva, Marco; Salvaterra,
Ruben; Spanò, Paolo; Sperandio, Monica; Stefanon, Mauro; Tosti, Gino; Testa,
Vincenzo
Advances in Astronomy, vol. 2010, id.187269
Pagina 45 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
• Ricerca di strutture fini della CMB con osservazioni da terra e dallo
spazio.
• Osservazioni astrofisiche a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche.
Personale
Massimo Gervasi,
Giorgio Sironi
Aandrea Tartari
Mario Zannoni
Andrea Passerini
Sandro Baù,
Sebastiano Spinelli
Ricerche in corso:
a) Polarizzazione della CMB:
- Polarimetro a 33 GHz alla Testa Grigia: è in corso l’analisi dati;
- Esperimento BRAIN alla base antartica di Dome Concordia: si è conclusa la
campagna di misure con lo strumento “pathfinder”e si stanno analizzando i dati di
interesse astrofisico ed atmosferico;
- 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 alla “call”
dell’ESA Cosmic Vision con la proposta COrE.
- Esperimento LSPE: partecipazione alla proposta all’ASI dell’esperimento LSPE su
pallone stratosferico, per la misura della polarizzazione della CMB su una larga
porzione di cielo, attraverso un volo notturno artico circumpolare. Il Gruppo di
Milano Bicocca ha la responsabilità dell’elettronica e dei test dello strumento di
bassa frequenza, oltre al program management (M. Zannoni);
b) Astronomia a lunghezze millimetriche e sub-millimetriche:
- Test di componenti: sono iniziati i test di strutture planari superconduttive in banda
W, relative a componenti studiati per essere utilizzati in esperimenti sulla CMB;
- Millimetron: partecipazione allo studio di uno spettro-polarimetro per la missione
Millimetron (Roscosmos-ASI);
- Olimpo: studio e realizzazione delle ottiche dello spettrometro dell’esperimento
Olimpo su pallone stratosferico.
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)
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
2) LSPE
3) Esperimento BRAIN
4) QUBIC
5) Olimpo
6) Laboratorio di criogenia per il test di componenti a microonde
7) 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
Università di Maynooth - Irlanda
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) ed in Chimica
(M. Gervasi) 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) seminari presso scuole coordinati dalla Prof.sa M. Calvi
Pubblicazioni
1) “On the detectability of cosmic ray electron spectral features in the
microwave/mm-wave range”
Tartari, Andrea; Gervasi, Massimo; Sironi, Giorgio; Zannoni, Mario; Spinelli,
Sebastiano
Accepted for publication in the Proceedings of the ICATPP Conference on Cosmic
Rays for Particle and Astroparticle Physics, Villa Olmo (Como, Italy), 7-8 October,
2010, to be published by World Scientific arXiv:1012.0135
Pagina 47 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
2) “QUBIC: The QU Bolometric Interferometer for Cosmology”
The QUBIC collaboration; Battistelli, E.; Baù, A.; Bennett, D.; Bergé, L.; Bernard, J.
-Ph.; de Bernardis, P.; Bounab, A.; Bréelle, É.; Bunn, E. F.; Calvo, M.; Charlassier,
R.; Collin, S.; Cruciani, A.; Curran, G.; Dumoulin, L.; Gault, A.; Gervasi, M.;
Ghribi, A.; Giard, M.; Giordano, C.; Giraud-Héraud, Y.; Gradziel, M.; Guglielmi, L.;
Hamilton, J. -Ch.; Haynes, V.; Kaplan, J.; Korotkov, A.; Landé, J.; Maffei, B.;
Maiello, M.; Malu, S.; Marnieros, S.; Masi, S.; Murphy, A.; Nati, F.; O'Sullivan, C.;
Pajot, F.; Passerini, A.; Peterzen, S.; Piacentini, F.; Piat, M.; Piccirillo, L.; Pisano,
G.; Polenta, G.; Prêle, D.; Romano, D.; Rosset, C.; Salatino, M.; Schillacci, A.;
Sironi, G.; Sordini, R.; Spinelli, S.; Tartari, A.; Timbie, P.; Tucker, G.; Vibert, L.;
Voisin, F.; Watson, R. A.; Zannoni, M.
arXiv:1010.0645, submitted to Astronomy and Astrophysics
3) “Mechanical design considerations for a 3m class fast pointing telescope”
Riva, M.; Bortoletto, F.; Bonoli, C.; de Caprio, V.; Spanó, P.; Covino, S.; Molinari,
E.; Vitali, F.; Zannoni, M.; Chincarini, G.
Ground-based and Airborne Telescopes III. Edited by Stepp, Larry M.; Gilmozzi,
Roberto; Hall, Helen J. Proceedings of the SPIE, Volume 7733, pp. 77330X77330X-14 (2010)
4) “Path to the stars: the evolution of the species in the hunting to the GRBs”
Vitali, Fabrizio; Chincarini, Guido; Zannoni, Mario; Covino, Stefano; Molinari,
Emilio; Benetti, Stefano; Bonoli, Carlotta; Bortoletto, Favio; Cascone, Enrico;
Cosentino, Rosario; D'Alessio, Francesco; D'Avanzo, Paolo; de Caprio, Vincenzo;
Della Valle, Massimo; Fernandez-Soto, Alberto; Fugazza, Dino; Giro, Enrico;
Magrin, Demetrio; Malaspina, Giuseppe; Mankiewicz, Lech; Margutti, Raffaella;
Mazzoleni, Ruben; Nicastro, Luciano; Riva, Alberto; Riva, Marco; Salvaterra,
Ruben; Spanò, Paolo; Sperandio, Monica; Stefanon, Mauro; Tosti, Gino; Testa,
Vincenzo
Ground-based and Airborne Telescopes III. Edited by Stepp, Larry M.; Gilmozzi,
Roberto; Hall, Helen J. Proceedings of the SPIE, Volume 7733, pp. 77330W77330W-14 (2010)
5) “Cosmological observations in the radio domain: the contribution of extragalactic
sources”
Tartari, Andrea; Zannoni, Mario; Gervasi, Massimo; Sironi, Giorgio; Spinelli,
Sebastiano
To appear in the proceedings of 45th Rencontres de Moriond - Cosmology Session,
La Thuile, March 13-20, 2010 arXiv:1005.4361
6) “The Sooner: a Large Robotic Telescope”
Chincarini, G.; Zannoni, M.; Covino, S.; Molinari, E.; Benetti, S.; Vitali, F.; Bonoli,
C.; Bortoletto, F.; Cascone, E.; Cosentino, R.; D'Alessio, F.; D'Avanzo, P.; De
Caprio, V.; Della Valle, M.; Fernandez-Soto, A.; Fugazza, D.; Giro, E.; Gomboc, A.;
Guidorzi, C.; Magrin, D.; Malaspina, G.; Mankiewicz, L.; Margutti, R.; Mazzoleni,
R.; Nicastro, L.; Riva, A.; Riva, M.; Salvaterra, R.; Spano, P.; Sperandio, M.;
Stefanon, M.; Tosti, G.; Testa, V.
Pagina 48 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Proceedings of the conference "The Shocking Universe", San Servolo Venice,
September 14-18, 2009. arXiv1005.1569C
7) “SAGACE: the Spectroscopic Active Galaxies And Clusters Explorer”
De Bernardis, P.; Bagliani, D.; Bardi, A.; Battistelli, E.; Birkinshaw, M.; Calvo, M.;
Colafrancesco, S.; Conte, A.; De Gregori, S.; De Petris, M.; De Zotti, G.; Donati, A.;
Ferrari, L.; Franceschini, A.; Gatti, F.; Gervasi, M.; Giommi, P.; Giordano, C.;
Gonzalez-Nuevo, J.; Lamagna, L.; Lapi, A.; Luzzi, G.; Maiolino, R.; Marchegiani,
P.; Mariani, A.; Masi, S.; Massardi, M.; Mauskopf, P.; Nati, F.; Nati, L.; Natoli, P.;
Negrello, M.; Piacentini, F.; Polenta, G.; Salatino, M.; Savini, G.; Schillaci, A.;
Spinelli, S.; Tartari, A.; Tavanti, M.; Tortora, A.; Vaccari, M.; Vaccarone, R.;
Zannoni, M.; Zolesi, V.
Proceedings of the 12th Marcel Grossman Meeting arXiv:1002.0867
8) “A Path to the Stars: The Evolution of the Species”
Vitali, Fabrizio; Chincarini, Guido; Zannoni, Mario; Covino, Stefano; Molinari,
Emilio; Benetti, Stefano; Bonoli, Carlotta; Bortoletto, Favio; Cascone, Enrico;
Cosentino, Rosario; D'Alessio, Francesco; D'Avanzo, Paolo; de Caprio, Vincenzo;
Della Valle, Massimo; Fernandez-Soto, Alberto; Fugazza, Dino; Giro, Enrico;
Magrin, Demetrio; Malaspina, Giuseppe; Mankiewicz, Lech; Margutti, Raffaella;
Mazzoleni, Ruben; Nicastro, Luciano; Riva, Alberto; Riva, Marco; Salvaterra,
Ruben; Spanò, Paolo; Sperandio, Monica; Stefanon, Mauro; Tosti, Gino; Testa,
Vincenzo
Advances in Astronomy, vol. 2010, id.187269
9) “Proton and antiproton modulation in the heliosphere for different solar conditions
and AMS-02 measurements prediction”
Bobik, P.; Boschini, M. J.; Consolandi, C.; Della Torre, S.; Gervasi, M.; Grandi, D.;
Kudela, K.; Pensotti, S.; Rancoita, P. G.
Accepted for publication in the Proceedings of the
ICATPP Conference on Cosmic Rays for Particle and
Astroparticle Physics, Villa Olmo (Como, Italy), 7-8
October, 2010, to be published by World Scientific
(Singapore) arXiv:1012.3086
10) “Proton Modulation in the Heliosphere for Different Solar Conditions and
Prediction for AMS-02”
Bobik, P.; Boella, G.; Boschini, M. J.; Consolandi, C.; Della Torre, S.; Gervasi, M.;
Grandi, D.; Kudela, K.; Memola, E.; Pensotti, S.; Rancoita, P. G.; Tacconi, M.
Accepted for publication in the Proceedings of the ICATPP Conference on Cosmic
Rays for Particle and Astroparticle Physics, Villa Olmo (Como, Italy), 7-8 October,
2010, to be published by World Scientific (Singapore) arXiv:1012.0938
11) “Electron and Positron solar modulation and prediction for AMS-02”
Bobik, P.; Boschini, M. J.; Consolandi, C.; Della Torre, S.; Gervasi, M.; Grandi, D.;
Kudela, K.; Pensotti, S.; Rancoita, P. G.
Pagina 49 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Accepted for publication in the Proceedings of the ICATPP Conference on Cosmic
Rays for Particle and Astroparticle Physics, Villa Olmo (Como, Italy), 7-8 October,
2010, to be published by World Scientific arXiv:1011.4843
12) “Nuclear and Non-Ionizing Energy-Loss for Coulomb Scattered Particles from
Low Energy up to Relativistic Regime in Space Radiation Environment”
Boschini, M. J.; Consolandi, C.; Gervasi, M.; Giani, S.; Grandi, D.; Ivanchenko, V.;
Pensotti, S.; Rancoita, P. G.; Tacconi, M.
Accepted for publication in the Proceedings of the ICATPP Conference on Cosmic
Rays for Particle and Astroparticle Physics, Villa Olmo (Como, Italy), 7-8 October,
2010, to be published by World Scientific arXiv:1011.4822
13) “Relative Composition and Energy Spectra of Light Nuclei in Cosmic Rays:
Results from AMS-01”
Aguilar, M.; Alcaraz, J.; Allaby, J.; Alpat, B.; Ambrosi, G.; Anderhub, H.; Ao, L.;
Arefiev, A.; Arruda, L.; Azzarello, P.; Basile, M.; Barao, F.; Barreira, G.; Bartoloni,
A.; Battiston, R.; Becker, R.; Becker, U.; Bellagamba, L.; Béné, P.; Berdugo, J.;
Berges, P.; Bertucci, B.; Biland, A.; Bindi, V.; Boella, G.; Boschini, M.; Bourquin,
M.; Bruni, G.; Buénerd, M.; Burger, J. D.; Burger, W. J.; Cai, X. D.; Cannarsa, P.;
Capell, M.; Casadei, D.; Casaus, J.; Castellini, G.; Cernuda, I.; Chang, Y. H.; Chen,
H. F.; Chen, H. S.; Chen, Z. G.; Chernoplekov, N. A.; Chiueh, T. H.; Choi, Y. Y.;
Cindolo, F.; Commichau, V.; Contin, A.; Cortina-Gil, E.; Crespo, D.; Cristinziani,
M.; Dai, T. S.; dela Guia, C.; Delgado, C.; Di Falco, S.; Djambazov, L.; D'Antone, I.;
Dong, Z. R.; Duranti, M.; Engelberg, J.; Eppling, F. J.; Eronen, T.; Extermann, P.;
Favier, J.; Fiandrini, E.; Fisher, P. H.; Flügge, G.; Fouque, N.; Galaktionov, Y.;
Gervasi, M.; Giovacchini, F.; Giusti, P.; Grandi, D.; Grimm, O.; Gu, W. Q.; Haino,
S.; Hangarter, K.; Hasan, A.; Hermel, V.; Hofer, H.; Hungerford, W.; Ionica, M.;
Jongmanns, M.; Karlamaa, K.; Karpinski, W.; Kenney, G.; Kim, D. H.; Kim, G. N.;
Kim, K. S.; Kirn, T.; Klimentov, A.; Kossakowski, R.; Kounine, A.; Koutsenko, V.;
Kraeber, M.; Laborie, G.; Laitinen, T.; Lamanna, G.; Laurenti, G.; Lebedev, A.;
Lechanoine-Leluc, C.; Lee, M. W.; Lee, S. C.; Levi, G.; Lin, C. H.; Liu, H. T.; Lu,
G.; Lu, Y. S.; Lübelsmeyer, K.; Luckey, D.; Lustermann, W.; Maña, C.; Margotti,
A.; Mayet, F.; McNeil, R. R.; Menichelli, M.; Mihul, A.; Mujunen, A.; Oliva, A.;
Palmonari, F.; Park, H. B.; Park, W. H.; Pauluzzi, M.; Pauss, F.; Pereira, R.; Perrin,
E.; Pevsner, A.; Pilo, F.; Pimenta, M.; Plyaskin, V.; Pojidaev, V.; Pohl, M.; Produit,
N.; Quadrani, L.; Rancoita, P. G.; Rapin, D.; Ren, D.; Ren, Z.; Ribordy, M.; Richeux,
J. P.; Riihonen, E.; Ritakari, J.; Ro, S.; Roeser, U.; Sagdeev, R.; Santos, D.;
Sartorelli, G.; Sbarra, C.; Schael, S.; Schultz von Dratzig, A.; Schwering, G.; Seo, E.
S.; Shin, J. W.; Shoumilov, E.; Shoutko, V.; Siedenburg, T.; Siedling, R.; Son, D.;
Song, T.; Spada, F. R.; Spinella, F.; Steuer, M.; Sun, G. S.; Suter, H.; Tang, X. W.;
Ting, Samuel C. C.; Ting, S. M.; Tomassetti, N.; Tornikoski, M.; Torsti, J.; Trümper,
J.; Ulbricht, J.; Urpo, S.; Valtonen, E.; Vandenhirtz, J.; Velikhov, E.; Verlaat, B.;
Vetlitsky, I.; Vezzu, F.; Vialle, J. P.; Viertel, G.; Vité, D.; Von Gunten, H.;
Waldmeier Wicki, S.; Wallraff, W.; Wang, J. Z.; Wiik, K.; Williams, C.; Wu, S. X.;
Xia, P. C.; Xu, S.; Xu, Z. Z.; Yan, J. L.; Yan, L. G.; Yang, C. G.; Yang, J.; Yang, M.;
Ye, S. W.; Zhang, H. Y.; Zhang, Z. P.; Zhao, D. X.; Zhou, F.; Zhou, Y.; Zhu, G. Y.;
Zhu, W. Z.; Zhuang, H. L.; Zichichi, A.; Zimmermann, B.; Zuccon, P.
The Astrophysical Journal, Volume 724, Issue 1, pp. 329-340 (2010)
Pagina 50 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
14) “Drift Models and Polar Field for Cosmic Rays Propagation in the Heliosphere”
Bobik, P.; Boella, G.; Boschini, M. J.; Della Torre, S.; Gervasi, M.; Grandi, D.;
Kudela, K.; Pensotti, S.; Rancoita, P. G.
ASTROPARTICLE, PARTICLE AND SPACE PHYSICS, DETECTORS AND
MEDICAL PHYSICS APPLICATIONS. Proceedings of the 11th Conference. Held
5-9 October 2009 in Villa Olmo, Como, Italy 2010. ISBN #9789814307529, pp. 760764
15) “Reentrant Heliospheric Particles in Case of Shocks Amplified Magnetic Fields”
Bobik, P.; Kudela, K.; Boschini, M.; Grandi, D.; Gervasi, M.; Rancoita, P. G.; Della
Torre, S.
ASTROPARTICLE, PARTICLE AND SPACE PHYSICS, DETECTORS AND
MEDICAL PHYSICS APPLICATIONS. Proceedings of the 11th Conference. Held
5-9 October 2009 in Villa Olmo, Como, Italy. 2010. ISBN #9789814307529, pp.
751-754
16) “GEANT4-BASED Application Development for Niel Calculation in the Space
Radiation Environment”
Boschini, M. J.; Consolandi, C.; Gervasi, M.; Giani, S.; Grandi, D.; Ivanchenko, V.;
Rancoita, P. G.
ASTROPARTICLE, PARTICLE AND SPACE PHYSICS, DETECTORS AND
MEDICAL PHYSICS APPLICATIONS. Proceedings of the 11th Conference. Held
5-9 October 2009 in Villa Olmo, Como, Italy. 2010. ISBN #9789814307529, pp.
698-708
17) “The Gamma-Ray Sky Under a "new" Light”
Boschini, M. J.; Gervasi, M.; Grandi, D.; Memola, E.; Rancoita, P. G.
ASTROPARTICLE, PARTICLE AND SPACE PHYSICS, DETECTORS AND
MEDICAL PHYSICS APPLICATIONS. Proceedings of 11th Conference. Held 5-9
October 2009 in Villa Olmo, Como, Italy. 2010. ISBN #9789814307529, pp. 279285
18) “Galactic Cosmic Rays Modulation and Prediction for the AMS-02 Mission”
Bobik, P.; Boschini, M. J.; Della Torre, S.; Gervasi, M.; Grandi, D.; Kudela, K.;
Rancoita, P. G.
ASTROPARTICLE, PARTICLE AND SPACE PHYSICS, DETECTORS AND
MEDICAL PHYSICS APPLICATIONS. Proceedings of the 11th Conference. Held
5-9 October 2009 in Villa Olmo, Como, Italy. 2010. ISBN #9789814307529, pp.
210-219
19) “Foregrounds: Unveiling the Galactic Weather to the CMB”
Barbosa, D.; de Bernardis, P.; Gervasi, M.; Giraud-Héraud, Y.; Kreysa, E.; Maffei,
B.; Masi, S.; Mauskopf, P.; Pajot, F.; Verde, L.
EAS Publications Series, Volume 40, 2010, pp.437-442
20) “Cosmic Microwave Background science from Dome C”
Pagina 51 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
de Bernardis, P.; Barbosa, D.; Giraud-Héraud, Y.; Gervasi, M.; Kreysa, E.; Maffei,
B.; Masi, S.; Mauskopf, P.; Pajot, F.; Verde, L.
EAS Publications Series, Volume 40, 2010, pp.391-398
21) “Electron and positron modulation in the Heliosphere and predictions for AMS02”
Della Torre, Stefano; Grandi, Davide; Rancoita, Pier Giorgio; Consolandi, Cristina;
Boschini, Matteo; Pensotti, Simonetta; Gervasi, Massimo; Bobik, Pavol; Kudela,
Karel
38th COSPAR Scientific Assembly. Held 18-15 July 2010, in Bremen, Germany,
p.10 Symposium D, session 12, paper number D12-0032-10
22) “Realization and Preliminary Measurements on a 94 GHz SIS Mixer”
Oberto, Luca; de Leo, Natascia; Fretto, Matteo; Tartari, Andrea; Brunetti, Luciano;
Lacquaniti, Vincenzo
Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Volume 31, Issue 11, pp.13311337
23) “Confidence Level Estimator for cosmological model (Research Note)”
Sironi, Giorgio
arXiv:1010.6158, submitted to Astronomy and Asatrophysics
Cosmologia e fisica dei neutrini
Personale
Silvio Bonometto
Giuseppe La Vacca
Luciano Casarini
During 2010, as before, our work was focused on two basic questions:
(i) The quest for the nature of the dark cosmic components.
(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
Pagina 52 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
"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.
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 MMC (MildyMixed-Coupled) cosmologies exhibit a likelyhood slightly greater than standard
LCDM models (below the 2-\sigma level).
More recently, we reconsidered BBN outputs and the 7Li problem, finding that, if
7Li data are taken on the same foot of other nuclides, they set a real extra constaint
on cosmologies. Within this context we find that limits on neutrino masses are
significantly softened, baryon density predictions are lowered by 4-5 %, and DE state
equazione w << -1 are favored. Also this coule be a signal od CDM-DE coupling.
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, A. Valotti, S. A. Bonometto
arXiv:1103.5401, submitted to JCAP
“Precision cosmology and 7Li data”
2) Luciano Casarini, Giuseppe La Vacca, Luca Amendola, Silvio A. Bonometto,
Andrea V. Macciò,
JCAP03 (2011) 026 and arXiv:1102.3877
“Non-linear weak lensing forecasts”
3) Giuseppe La Vacca, Silvio A. Bonometto,
Proceedings of NOW2010, Conca Specchiulla, Italy, September 4-11, 2010 and
arXiv:1101.2155
“Mildly mixed coupled models vs. WMAP7 data”
4) S. A. Bonometto, L. Casarini, A. V. Macciò, G. Stinson
PASCOS 2010, the 16th International Symposium on Particles, Strings and
Cosmology, Valencia (Spain), July 19th - 23rd, 2010, and arXiv:1009.2964
“High precision spectra at large redshift for dynamical DE cosmologies”
5) Luciano Casarini, Andrea V. Maccio', Silvio A. Bonometto, Greg S. Stinson,
Pagina 53 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
M.N.R.A.S. in press and arXiv:1005.4683
“High accuracy power spectra including baryonic physics in dinamical Dark Energy
models”
6) J. R. Kristiansen, G. La Vacca, L. P. L. Colombo, R. Mainini, S. A. Bonometto
New Astron.15 609-613, 2010
“Coupling between cold dark matter and dark energy from neutrino mass
experiments”
7) Luciano Casarini
JCAP 08, 005 (2010) and arXiv:1006.0981
“High-precision spectra for dynamical Dark Energy cosmologies from constant-w
models”
8) Luciano Casarini
New Astron. 15: 575-579, 2010 and arXiv:0911.1315
“Spectra of dynamical Dark Energy cosmologies from constant-w models”
Cosmologia
Giandomenico Sassi
Attività di Ricerca
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.
Pagina 54 di 83
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
FISICA DEI PLASMI
Personale
Prof. Marcello Fontanesi
Prof. Giuseppe Gorini
Prof. Claudia Riccardi
Dr. Ruggero Barni
Sig. Moreno Piselli
Sig. Alessandro Mietner
Dr. Stefano Zanini
Dr. Marco Tardocchi
Sig. Giovanni Posadinu
Dr. Enrico Perelli Cippo
Dr. Roberta Cattaneo Trissino da Lodi
Dr. Marco Mancin
Dr. Claudia Pantalei
Dr. Antonino Pietropaolo
Dr. Francesco Fumagalli
Dr. Marica Rebai
Dr. Massimo Nocente
Dr. Elisa Grimoldi
Dr. Carlo Alberto Mora
Dr. Ilaria Biganzoli
professore ordinario
professore associato
professore associato
ricercatore universitario
tecnico universitario
tecnico universitario
tecnico universitario a tempo determinato
ricercatore CNR-INFM con comando presso CNISM
amministrazione, collaboratore
collaboratore di ricerca
collaboratore di ricerca
collaboratore di ricerca
collaboratore di ricerca
ricercatore CNR-INFM
dottorando in Fisica
dottorando in Fisica
dottorando in Fisica
collaboratore Unimib
collaboratore Unimib
collaboratore Unimib
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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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)
Membro del Comitato Scientifico del centro interdipartimentale NANOMIB
- Dr. Ruggero Barni
Membro eletto della Giunta di Dipartimento.
Membro della Commissione Orientamento della Facoltà di Scienze.
Ricerca
Sono attive cinque linee di ricerca principali:
1) Turbolenza nei plasmi magnetizzati:
Studio sperimentale della turbolenza in plasmi di laboratorio. Attività sulla macchina toroidale a plasma
semplicemente magnetizzato Thorello del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo e 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 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
Il progetto H2ECOMAT. Progetto congiunto della Regione Lombardia e della Università degli Studi di
Milano-Bicocca, prevede lo studio dell’ “Immagazzinamento di idrogeno e metano in nuovi materiali
ecocompatibili per il trasporto e l’energia pulita”. Fra le varie sperimentazioni previste, si effettuaranno
misure di spettroscopiua neutronica per la caratterizzazione dei nuovi materiali proposti e per lo studio
della dinamica di confinamento dei gas al loro interno.
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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Craft PlasmaLeather per il trattamento a plasma di materiali conciari. La seconda nell’ambito di un
progetto cofinanziato dalla Regione Lombardia per la nobilitazione a secco delle pelli.
Reattore PlasmaLeather
Reattore a plasma atmosferico
- 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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)
Reattore CORONA
Reattore PlasmaJET
- 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
- 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)
- 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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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).
Scariche a bagliore in diverse miscele gassose
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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
Center for Nanoscience and Technology, Italian Institute of Technology (Milano)
Dipartimento di Chimica G.Natta, Politecnico di Milano
Istituto Ortopedico Rizzoli di Bologna
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Pubblicazioni e brevetti
1) “Perspective of NOx removal from numerical simulation of non-thermal atmospheric pressure plasma
chemical kinetics”
R.Barni, C.Riccardi
High Temperature Material Processes 14, 205-210 (2010).
2) “Electron beam path modifications by insulating materials in a SEM”
F.Croccolo, M.Mancin, M.Milani, C.Riccardi
in “Electron and Ion Microscopy and Micromanipulation: common principles and advanced methods in
applied sciences”, 187-198, M.D.Candia Carnevali and M.Milani Eds., Soc. Ed. Esculapio, Bologna,
Italia (2010). [ISBN:978-88-7488-368-4]
3) “Plasma-induced graft-polymerization of polyethylene glycol acrylate on polypropylene films:
chemical characterization and evaluation of the protein adsorption”
S.Zanini, C.Riccardi, E.Grimoldi, C.Colombo, A.M.Villa, A.Natalello, P. Gatti-Lanfranconi, M.Lotti,
S.M.Doglia
Journal of Colloid and Interface Science 341, 53-58 (2010)
4) “Transition between E-Mode and H-Mode in a cylindrical ICP reactor”
F.Croccolo, A.Quintini, R.Barni, C.Riccardi
High Temperature Material Processes 14, 119-127 (2010).
5) “Single-crystal diamond detector for time-resolved measurements of a pulsed fast-neutron beam“
A.Pietropaolo, C. Andreani, M. Rebai, L. Giacomelli, G. Gorini, E. Perelli Cippo, M. Tardocchi, A. Fazzi,
G. Verona Rinati, C. Verona, M. Marinelli, E. Milani, C. D. Frost and E. M. Schooneveld
Eur.Phys.Lett. Volume 92, Number 6, 2010
6) “A detector system for Neutron Resonance Capture Imaging”
E Perelli Cippo, A Borella, W Kockelmann, A Pietropaolo, H Postma, NJ Rhodes et al.
Nucl Instrum Meth A 623 (2) 693-698 (2010)
7)”A neutron resonance capture analysis experimental station at the ISIS Spallation Source”
A Pietropaolo, G Gorini, G Festa, E Reali, F Grazzi, EM Schooneveld
Appl Spectrosc 64 (9) 1068-1071 (2010)
8) “Energy resolution of gamma-ray spectroscopy of JET plasmas with a LaBr3 scintillator detector and
digital data acquisition”
Nocente, M.; Tardocchi, M.; Chugunov, I.; Pereira, R. C.; Edlington, T.; Fernandes, A. M.; Gin, D.;
Grosso, G.; Kiptily, V.; Murari, A.; Neto, A.; Perelli Cippo, E.; Pietropaolo, A.; Proverbio, I.; Shevelev,
A.; Sousa, J.; Syme, B.; Gorini, G.; Jet-Efda Contributors
Review of Scientific Instruments, Volume 81, Issue 10, pp. 10D321-10D321-4 (2010).
9) ”Neutron emission generated by fast deuterons accelerated with ion cyclotron heating at JET”
C. Hellesen, M.Gatu Johnson, E.Anderson Sunden, S.Conroy, G.Ericsson, E. Ronchi, H.Sjoestrand,
M.Weiszflog, G.Gorini, M.Tardocchi, T.Johnson, V.G.Kiptily, S.D.Pinches, S.E.Sharapov and JETEFDA Contributors,
Nuclear Fusion 50 (2010) 022001.
10) “Fusion Power Measurement Using a Combined Neutron Spectrometer-Camera System at JET”
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
H. Sjöstrand, E. Andersson Sundén, L. Bertalot, S. Conroy, G. Ericsson, M. Gatu Johnson, L.
Giacomelli, G. Gorini, C. Hellesen, A. Hjalmarsson,J. Källne, S. Popovichev, E. Ronchi1, M. Weiszflog,
M. Tardocchi and JET EFDA contributors,
Fusion Science and Technology , Volume 57, 2 (2010) 162 .
11) “Parallel processing method for high-speed real time digital pulse processing for gamma-ray
spectroscopy Fusion Engineering and Design, A.M. Fernandes, R.C. Pereira, J. Sousa, A. Neto, P.
Carvalho, A.J.N. Batista, B.B. Carvalho, C.A.F. Varandas, M. Tardocchi, G. Gorini and JET-EFDA
contributors,
Fusion Engineering and Design 85 (2010) 308.
12) “Single-crystal diamond detector for time-resolved measurements of a pulsed fast-neutron beam”,
A.Pietropaolo, C. Andreani, M. Rebai, L. Giacomelli, G. Gorini, E. Perelli Cippo, M. Tardocchi, A. Fazzi,
G. Verona Rinati, C. Verona, M. Marinelli, E. Milani, C. D. Frost and E. M. Schooneveld,
EPL, 92 (2010) 68003
13) “Neutron emission levels during the ITER zero activation phase”, M Gatu Johnson, C Hellesen, E
Andersson Sundén, M Cecconello, S Conroy, G Ericsson, G Gorini, M Nocente, E Ronchi, M
Tardocchi, M Weiszflog and JET EFDA contributors,
Nuclear Fusion 50 (2010) 084020.
14) “Neutron Emission from Beryllium Reactions in JET Deuterium Plasmas with 3He minority”,
M. Gatu Johnson, C. Hellesen, E. Andersson Sundén, M. Cecconello, S. Conroy, G. Ericsson, G.
Gorini, V. Kiptily, M. Nocente, S. Pinches, E. Ronchi, S. Sharapov, H. Sjöstrand, M. Tardocchi, M.
Weiszflog and JET EFDA contributors,
Nuclear Fusion 50 (2010) 045005.
15) “Measurements of fast ions and their interactions with MHD activity using neutron emission
spectroscopy”,
C. Hellesen, M. Gatu Johnson, E. Andersson Sundén, S. Conroy, G. Ericsson, G. Gorini, T. Johnson,
V.G. Kiptily, M. Nocente, S. D. Pinches, S. E.Sharapov, H. Sjöstrand, M. Tardocchi, M. Weiszflog, and
JET EFDA contributors,
Nuclear Fusion 50 (2010) 084006.
16) “Neutron spectroscopy measurements and modeling of neutral beam heating fast ion dynamics”,
C. Hellesen, M. Albergante, E. Andersson Sundén, L. Ballabio, S. Conroy, G. Ericsson, M. Gatu
Johnsson, L. Giacomelli, G. Gorini, A. Hjalmarsson, I. Jenkins, J. Källne, E. Ronchi, H. Sjöstrand, M.
Tardocchi, I. Voitsekhovitch, M. Weiszflog and JET EFDA contributors,
Plasma Physics and Controlled Fusion 52 (2010) 085013.
17) “Doppler broadening of gamma ray lines and fast ion distribution in JET plasmas”,
V.G. Kiptily , G. Gorini , M. Tardocchi , P.C. de Vries , F.E. Cecil , I.N. Chugunov , T. Craciunescu , M.
Gatu Johnson , D. Gin , V. Goloborod'ko , C. Hellesen , T. Johnson , K. Kneupner , A. Murari , M.
Nocente , E. Perelli , A. Pietropaolo , S.D. Pinches , I. Proverbio, P.G. Sanchez , S.E. Sharapov , A.E.
Shevelev , D.B. Syme , V. Yavorskij , V.L. Zoita and JET-EFDA contributors,
Nuclear Fusion 50 (2010) 084001.
18) “The 12C(3He, p)14N reaction cross section for gamma-ray spectroscopy simulation of fusion
plasmas",
L. I. Proverbio, M Nocente, V Kiptily, M. Tardocchi, and G Gorini,
Rev. Sci. Instr. 81 (2010) 10D320.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
19) “Energy resolution of gamma-ray spectroscopy of JET plasmas with a LaBr3 scintillator detector
and digital data acquisition",
M. Nocente, M. Tardocchi, I. Chugunov, R. Pereira, T. Edlington, A. Fernandes, D. Gin, G. Grosso, V.
Kiptily, A. Murari, A. Neto, E. Perelli Cippo, A. Pietropaolo, L. I. Proverbio, A. Shevelev, J. Sousa, B.
Syme, and G. Gorini, and JET EFDA contributors
Rev. Sci. Instr. 81 (2010) 10D321.
20) “Development of novel fuel ion ratio diagnostic techniques",
S. Korsholm, M. Stejner, S. Conroy, G. Ericsson, G. Gorini, M. Tardocchi, M. Hellermann, R. Jaspers,
O. Lischtschenko, E. Delabie, H. Bindslev, V. Furtula, F. Leipold, F. Meo, P. Michelsen, D. Moseev,
S.Nielsen, and M. Salewski,
Rev. Sci. Instr. 81 (2010) 10D323.
21) “New Developments in the Diagnostics for the Fusion Products on JET in preparation for ITER",
A Murari, M Angelone, G Bonheure, F. Cecil, T Craciunescu, D Darrow, T Edlington, G Ericsson, M G
Johmson, G Gorini, C Hellesen, V Kiptily, J Mlynar, C Perez Von Tun, M Pillon, S Popovichev, B
Syme, M Tardocchi, and L Zoita, and JET EFDA contributors,
Rev. Sci. Instr.81 (2010) 10E136.
22) "Neutron Spectrometry of JET Discharges with ICRH-acceleration of Helium Beam Ions",
M G Johnson, E Andersson Sunden, M Cecconello, S Conroy, G Ericsson, J Eriksson, G Gorini, C
Hellesen, V Kiptily, M Nocente, S Sangaroon, S Sharapov, M Tardocchi, D Van Eester, and M
Weiszflog,
Rev. Sci. Instr. 81 (2010) 10D336.
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: Risparmio energetico e microgenerazione distribuita. Tutore:
Prof. C.Riccardi.
3. Fondo di ateneo per la ricerca, Progetti di ricerca 2010
Titolo: Fisica e diagnostica dei plasmi
Responsabile Prof. M. Fontanesi, 15 keuro
4. 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
5. 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.
6. 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
7. 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.
8. “Applicazioni dei plasmi al settore aeronautico”, accordo di collaborazione con Alenia Aermacchi.
Ricerca e caratterizzazione di processi a plasma per applicazioni nel campo aeronautico e
aerodinamico. Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi
9. Centro Interdipartimentale di nanomedicina NANOMIB. L’accordo prevede l’istituzione di un centro
interdipartimentale per le applicazioni delle nanotecnologie alla medicina. Il centro è attivo dal dic
2009. Membro del Comitato Scientifico: Prof. C.Riccardi
10. Regione Lombardia – Accordo Quadro con le Università – Bando – DOTE Ricerca Applicata 2010.
Progetto “Analisi microbiologiche e microscopiche avanzate per lo sviluppo di finissaggi innovativi nel
tessile – Micro4Tex” in collaborazione con Saati Spa.
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo: € 40.000. Durata: 24 mesi.
11. Ministero per lo Sviluppo Economico - Bando Industria 2015. Progetto “Tessuti e filati in fibra nobile
e con elevate prestazioni trattati con processi basati sul plasma atmosferico”in collaborazione con
Loropiana Spa, Lamberti Spa e CIMI Spa.
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo € 1.073.000. Durata: 3 anni.
12. 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.
13.
Regione Lombardia – Convenzione operativa con Università degli Studi di Milano-Bicocca e
Finlombarda SPA. Progetto “H2ECOMAT: Immagazzinamento di idrogeno e metano in nuovi materiali
ecocompatibili per il trasporto e l’energia pulita”.
Responsabile scientifico Prof. P. Sozzani, Importo € 375.000, durata 2 anni.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
Un nuovo studio riguarda lo sviluppo di un sensore per la misura della temperatura locale basato
sempre sulla variazione di tempo di vita di un colorante. Scopo della ricerca e’ la misura
dell’innalzamento locale della temperatura in seguito all’irraggiamento di nanoparticelle anisotrope
con radiazione infrarossa e alla conseguente diffusione locale di calore, per un eventuale loro
utilizzo in terapia fototermica.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Biofisica di singole molecole (processi di protonazione)
(Giuseppe Chirico, Maddalena Collini, Laura
D’Alfonso, Stefano Daglio)
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,
elaborando un diagramma energetico che,
risolto in termini di autovalori e autovettori,
permette di descrivere e interpolare
direttamente i dati sperimentali.
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.
Inoltre e’ stato messo a punto un algoritmo di tracking di particelle ottimizzato per immagini con un
basso rapporto segnale rumore e basato su un numero minimo di requisiti sulle dimensioni
dell’oggetto da seguire e senza il bisogno di conoscenza a priori del tipo di moto dell’oggetto, pensata
per seguire oggetti in immagini acquisite a bassa risoluzione, come accade nella maggior parte degli
studi in vivo.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Imaging cellulare e di tessuti con tecniche ottiche non lineari
(Laura D’Alfonso, Maddalena
Collini, Laura Sironi)
Caratterizzazione dell’emissione di
fluorescenza
di
composti
tricarbonilici dinucleari di Renio con
emissione
dovuta
ad
un
trasferimento di carica metallo a
ligando allo stato di tripletto,
coniugati con un PNA (peptide
nucleic acid). Sono state misurate
le caratteristiche fotofisiche dei
complessi. Il coniugato Re-PNA
piu’ fluorescente mostra anche
interessanti
proprieta’
di
assorbimento a due fotoni, che
sono state utilizzate per seguire la
sua internalizzazione in cellule
viventi con esperimenti di imaging.
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.
Prof. Martegani, Universita’ di Milano – Bicocca, Dip. di Biotec. e Bioscienze: Biologia molecolare
Pubblicazioni:
1. V.Quercioli, C.Bosisio, S.C.Daglio, F.Rocca, L.D'Alfonso, M.Collini, G.Baldini, G.Chirico, S.Bettati,
S.Raboni, B.Campanini, “Photoinduced millisecond switching kinetics in the GFPMut2 E222Q mutant”,
Journal of Physical Chemistry B, 114, 4664-4677 (2010).
2. C.E.Villa, M.Caccia, L.Sironi, L.D’Alfonso, M.Collini, I.Rivolta, G.Miserocchi, T.Gorletta, I.Zanoni,
F.Granucci, G.Chirico, “Accumulative Difference Image Protocol for Particle Tracking in Fluorescence
Microscopy Tested in Mouse Lymphonodes” PLoS ONE 5(8), e12216 (2010).
3. E.Ferri, D.Donghi, M.Panigati, G.Prencipe, L.D'Alfonso, I.Zanoni, C.Baldoli, S.Maiorana,
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
G.D'Alfonso and 4. E.Licandro, “Luminescent conjugates between dinuclear rhenium(I) complexes and
peptide nucleic acids (PNA) for cell imaging and DNA targeting”, Chem. Commun., 46, 6255-6257
(2010).
5. M.Caccia, T.Gorletta, L.Sironi, I.Zanoni, C.Salvetti, M.Collini, F.Granucci, G.Chirico “Two photon
microscopy intravital study of DC-mediated anti-tumor response of NK cells”, Proceedings of
SPIE pp. 75650Q (2010).
6. L.Sironi, S.Freddi, L.D'Alfonso, M.Collini, T.Gorletta, S.Soddu, G.Chirico. “In-vitro and in-vivo
detection of op53 by fluorescence lifetime on a hybrid FITC-gold nanosensor”, Proceedings of
SPIE pp. 757403 (5 pp) (2010).
Presentazioni a congressi:
1. L.Sironi, S.Freddi, L.D’Alfonso, M.Collini, T.Gorletta, S.Soddu, G.Chirico, “In-vitro and In-vivo
Detection of p53 by Fluorescence Lifetime on a Hybrid FITC-Gold Nanosensor”, Photonics West,
San Francisco, January, 2010.
2. M.Collini, I.Zanoni, R.Ostuni, M.Caccia, L.D'Alfonso, G.Chirico, L.Sironi, T.Gorletta, M.Di Gioia and
F.Granucci, “Lipopolysaccharide Regulation of Dendritic Cells Activation and Life Cycle: in vitro and
in vivo Studies Towards Antitumor Immunoactivity”, Biophys. J. 98(3) pp.398a, Biophysical Society,
San Francisco, February, 20-24 2010.
3. D.Maggioni, L.D’Alfonso, G.D’Alfonso, A.Sironi, T.Beringhelli, “Pulsed Field Gradient NMR Study of
Rod-like Shaped and Spherical TiO2 Nanoparticles”, Transalp’Nano 2010 – The II Transalpine
Conference on Nanoscience and Nanotechnologies, Como, June, 3-5 2010.
Laureati laurea triennale:
•
•
•
•
•
•
Margaux Bouzin – Caratterizzazione dell dimensioni di nanoparticelle d’oro anisotrope
mediante spettroscopia di correlazione della fotoluminescenza.
Federico Granata – Caratterizzazione spettroscopica di nanoparticelle d’oro
Alberto Lombardini Stefano Pozzi - Studio della motilita' di cellule NK in esperimenti in-vivo
Alessandra Ricciardelli – Caratterizzazione termica di nanoparticelle d’oro anisotrope per
applicazioni in ambito biomedico
Giovanna Vigano’ -
Laureati laurea specialistica:.
•
•
Niccolo’ Banterle - Stochastic brownian simulations of GFP mutants photodynamics
Paolo Bonfanti – Dinamica stocastica di processi di riconoscimento immunitario
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
•
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•
•
Luca Castelnuovo - Uso di una electron multiplying CCD per spettroscopia di correlazione
della fluorescenza
Francesco Rocca – Studi di spettroscopia di correlazione della fluorescenza con illuminazione
strutturata
Stefania Russo - Microspettroscopia di fluorescenza per lo studio della dinamica di
veicolazione di nanoparticelle in cellula
Elisa Scarpellini – Indicatori fluorescenti per lo studio di processi cellulari
Stages svolti per la prova finale:
Argomenti:
Uso di tecniche spettroscopiche in fluorescenza quali spettroscopia di correlazione della
fluorescenza/fotoluminescenza, tempi di vita al nanosecondo per lo studio di sistemi proteici e/o
sistemi colloidali ibridi metallo-colorante organico. Imaging di diversi sistemi cellulari. Simulazioni di
dinamica browniana di processi intra e intercellulari 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
(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.
Fondazione Cariplo 2010: Gold nanorods (NR) and asymmetric nanoparticles (ANP) capped with a
biocompatible polymer bearing binding groups for molecules and metal cations: pharmacological and
thermal antimicrobial action activated by near-IR irradiation, PI: P.S. Pallavicini (univ.di Pavia), G.
Chirico (univ. Milano Bicocca).
Progetto Accordo Quadro della Regione Lombardia per “Sviluppo di un sistema di microscopia Raman
coerente per imaging biomedico”, PI G. Cerullo (Politecnico di Milano), G. Chirico (Università degli
studi di Milano Bicocca), 2011-2012.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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 Naschirotto, Prof. Giuliano Boella, Dott.
Gianluigi Pessina e Ing. Claudio Arnaboldi.
Il personale tecnico è composto dai Sigg. Antonio De Lucia e Adrea Passerini.
Il lavoro è suddiviso e distribuito in 3 laboratori.
ASTROFISICA
E’ 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 MIBETA, una matrice di 10 micro-bolometri, e CUORICINO, una matrice
composta di 62 macro-bolometri, sono stati equipaggiati con un’Elettronica, avente funzionalità
particolari, completamente progettata nei nostri laboratori.
In particolare, una delle innovazioni introdotte per l’esperimento CUORICINO riguarda un
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. Per questo
lavoro un articolo è stato pubblicato.
L’Esepriemtno CUORE, l’evoluzione di CUORICINO, conisterà di 1000 canali la cui elettronica
è in fase di sviluppo presso i nostri laboratori. Al riguardo 2 articoli stanno per essere pubblicati.
Per il nascente esperimento MARE, riguardante lo studio della massa del neutrino con una
matrice di circa 200 micro-bolometri, è stato sviluppato il nuovo sistema di amplificazione del segnale a
rumore ultra-basso. Al riguardo è stato pubblicato un articolo ed un secondo è in fase di ultimazione.
Per l’esperimento LHCb è stato studiato e realizzato un sistema originale di distribuzione
dell’alta tensione dei fototubi. Il sistema di distribuzione consiste in schede di circuito stampato
progettate per evitare ogni tipo di scarica eventualmente generata nella distribuzione dei 20 KV
necessari. Grazie ai risultati ottenuti con questa attività al laboratorio è stata riconosciuta la
responsabilità della gestione dell’alta tensione dell’esperimento LHCb per quanto concerne i 2 rivelatori
RICH1 e RICH2. Due articoli sono stati pubblicati al riguardo durante il 2007 Error! Reference source
not found.]. Tre studenti hanno conseguito la laurea coadiuvando il lavoro svolto nel nostro
laboratorio.
Nei riguardi dell’esperimento CAPIRE si è progettato e realizzato un sistema capace di
monitorare la corrente di lavoro dei 10 rivelatori utilizzati. La corrente è letta con grande cura da una
tensione di 4500 V. Un circuito originale è stato realizzato al riguardo ed una pubblicazione è stata
pubblicata al riguardo Error! Reference source not found.].
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Un nuovo preamplificatore di carica particolarmente adeguato all’implementazione con
componenti discreti per applicazion a piccolo numero di canali è stato realizzato e presentato ad una
conferenza Error! Reference source not found.]. Uno studente ha supportato questa attività e di è
laureato in corso d’anno.
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
dispositivi elettronici in un ampio intervallo di temperatura.
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.
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
CUORICINO, MIBETA e stanno per essere usate anche nei futuri esperimenti CUORE e MARE.
Dall’altra parte le conoscenze sono direttamente sfruttate a scopi didattici nell’indirizzo di
Elettronica dei Sistemi digitali della laurea triennale.
Due studento si sono laureati realizzando applicazioni basate su micro-controllore per gli
esperimenti CUORE e MARE.
Pubblicazioni:
1. Claudio Arnaboldi and Gianluigi Pessina, THE HIGH VOLTAGE PROTECTION BOARDS FOR THE
RICH DETECTORS OF LHCB, Presentato da G.Pessina a "2007 IEEE Nuclear Science Symposium
(NSS) and Medical Imaging Conference (MIC)", Honolulu, 27 Ottobre - 3 Novembre 2007, ed anche in
sottomissione alla rivista: IEEE Transaction on Nuclear Science.
2. C.Arnaboldi, R.Bertoni, A.Delucia, G.Pessina, N.Redaelli, T.Tabarelli, AN INSTRUMENT FOR LOWLEVEL MEASUREMENTS OF THE LEAKAGE CURRENT FROM HIGH-VOLTAGE BIASED
DETECTORS, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. A572, pp 193-194, 2007,
Paesi Bassi.
3. Claudio Arnaboldi and Gianluigi Pessina, A SIMPLE CHARGE SENSITIVE PREAMPLIFIERS FOR
EXPERIMENTS WITH A SMALL NUMBER OF DETECTOR CHANNELS, Presentato da G.Pessina a
"2007 IEEE Nuclear Science Symposium (NSS) and Medical Imaging Conference (MIC)", Honolulu, 27
Ottobre - 3 Novembre 2007, ed anche in sottomissione alla rivista: IEEE Transaction on Nuclear
Science.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Tesi:
1) Anno Accademico 2006-2007: CARATTERIZZAZIONE DEI FOTORIVELATORI HPD PER IL RICH
DI LHCB CON FASCI DI ELETTRONI, PROTONI E PIONI, Studente Erica Fanchini matricola 070061
della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
2) Anno Accademico 2006-2007: SVILUPPO ED OTTIMIZZAZIONE DI STRUMENTAZIONE PER LA
MISURA DI BASSISIME CONTAMINAZIONI RADIOATTIVE SUPERFICIALI, Studente Davide
Giamminonni matricola 070486 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
3) Anno Accademico 2006-2007: MONITORAGGIO DEI SISTEMI SOGGETTI ALL'ALTA TENSIONE
DEL RIVELATORE LHCb BASATO SU MICROCONTROLLORE ARM, Studente Lorenzo Tosetto
matricola 063065 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
4) Anno Accademico 2006-2007: SISTEMA DI SUPERVISIONE DI UN ALIMENTATORE LINEARE
ULTRASTABILE PER L'ESPERIMENTO CUORE BASATO SU MICROCONTROLLORE ARM,
Studente Salvatore Gnegghi matricola 063487 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
5) Anno Accademico 2006-2007: THE LHCb RICH PMTs READOUT ELECTRONICS AND THE
MONITORING OF THE HPDs QUANTUM EFFICIENCY, Studente Marco Villa matricola 079525 della
Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
6) Anno Accademico 2006-2007: SISTEMA DI ACQUISIZIONE A CANALI SINCRONIZZATI AD ALTA
PRECISIONE PER L'ESPERIMENTO CUORE BASATO SU MICROPROCESSORE ARM, Studente
Filippo Bianchi matricola 063805 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
FISICA TEORICA
Personale
Destri Claudio
Marchesini Giuseppe
Rapuano Federico
Enriotti Mirella
Giusti Leonardo
Penati Silvia
Zaffaroni Alberto
Oleari Carlo
Tomasiello Alessandro
Girardello Luciano
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Ricercatore
Ricercatore
Professore a contratto
Personale INFN
Nason Paolo
Giovannini Massimo
Pepe Michele
Butera Paolo
Dirigente di ricerca INFN
Primo ricercatore INFN
Ricercatore INFN
Associato senior INFN
Dottorandi:
Fasiello Matteo, Siani Massimo (XXIII ciclo), Bianchi Marco (XXIV ciclo), Fabio Saracco (XXV ciclo).
Assegnisti, borsisti:
Cardella Matteo, Hamilton Keith, Ratti CarloAlberto.
1) Teorie dei campi e di stringa
L. Girardello, S. Penati, A. Tomasiello, A. Zaffaroni, M. Cardella, C.A. Ratti,
M. Bianchi, F. Saracco, 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
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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
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.
14. 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.
Traiettorie e punti fissi per il gruppo di rinormalizzazione di teorie supersimmetriche in tre
dimensioni
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
4) Teoria dei campi del Modello Standard
G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, K. Hamilton
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. Alla luce dei recenti risultati che il collisore LHC al
CERN di Ginevra ha prodotto, e di quelli che in futuro offrirà, è di fondamentale importanza lo studio di
processi per la produzione di particelle già note e di nuove particelle previste da vari modelli, nonché la
stima dei background a tali processi. 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.
- 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.
3) Teoria dei campi e meccanica statistica su reticolo
P. Butera, L. Giusti, G. Marchesini, M. Pepe
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 fattibilit\'a 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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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Nel 2010 il gruppo ha proposto un nuovo metodo per il calcolo della massa delle glueballs in teorie di
pura gauge, ed ha presentato uno studio numerico di fattibilità calcolando la massa della glueball più
leggera nel settore di vuoto. Lo studio dell'ampiezza di decadimento della stringa confinante nella
teoria di pura gauge è continuato con interessanti risultati numerici. È stato inoltre proposto un nuovo
metodo per calcolare l'entropia di una teoria di gauge a temperature finita. Sono stati 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.
Spessore di tubi di flusso a temperatura finita in QCD: simulazioni numeriche e predizioni da
teoria efficace di stringa
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 piu` 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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2010
Studio di parametri per il modello di inflazione trinomiale
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 singolarita' 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 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.
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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 2010, i principali depitoli delle attività e degli interessi di questa linea di ricerca possono
esser riassunti come segue:
- relazione tra modelli di energia oscura ed effetto Sachs-Wolfe integrato;
- calcolo dell'effetto di campi magnetici primordiali sulle anisotropie della temperatura e della
polarizzazione delle radiazione di fondo cosmico a partire dai dati del satellite WMAP;
- calcolo dello spettro dei gravitoni indotti dai campi “cascata” (waterfall fields) tipici di modelli
inflazionari basati sulla supergravità;
- proprietà globali della reazioni adroniche: le distribuzioni di molteplicità, le correlazioni a due
particelle (il cosiddetto effetto Hanbury Brown-Twiss), le correlazioni forward-backward; il programma
di minimum bias ad LHC;
- studio delle analogie tra il problema delle distribuzioni di molteplicità di origine gravitazionale e le
distribuzioni di molteplicità osservate nelle reazioni adroniche quali protone-protone (LHC), protoneantiprotone (UA5) e ione-ione (RHIC);
- formulazione di modelli inflazionari e di modelli di magnetogenesi inflazionaria;
- il problema della polarizzazione circolare nella radiazione di fondo cosmico;
- i fondi stocastici di onde gravitazionali a basse frequenze e alle frequenze degli interferometri a
banda larga (LIGO, VIRGO, Tama).
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Mappa delle fluttuazioni di temperatura della radiazione di fondo cosmico in presenza di campi
magnetici stocastici.
6) Sviluppo di calcolatori
P. Butera, G. Marchesini, F. Rapuano
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
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.
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.
6.
All'estero: 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; DESY-Zeuthen (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, “Pseudomoduli Dark Matter and Quiver Gauge
Theories.” JHEP1007:072,2010, [arXiv:0910.3615].
2. Marco S. Bianchi, Silvia Penati, Massimo Siani, “Infrared Stability of N = 2 Chern-Simons Matter
Theories.” JHEP 1005:106,2010, [arXiv:0912.4282].
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3. Antonio Amariti, Davide Forcella, Luciano Girardello, Alberto Mariotti, “3D Seiberg-like Dualities and
M2 Branes.” JHEP 1005:025,2010, [arXiv:0903.3222].
4. M. Siani, “Holographic Superconductors and Higher Curvature Corrections.” JHEP 1012:035,2010,
[arXiv:1010.0700].
5. Marco S. Bianchi, Silvia Penati, Massimo Siani, “Infrared stability of ABJ-like theories.” JHEP
1001:080,2010, [arXiv:0910.5200].
6. Davide Forcella, Alberto Zaffaroni, “N=1 Chern-Simons theories, orientifolds and Spin(7) cones.”
JHEP 1005:045,2010, [arXiv:0911.2595].
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backgrounds.” JHEP 1004:080,2010, [arXiv:0907.5147].
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QCD.” JHEP 1003:133,2010, [arXiv:0911.0043].
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