Relazione Dipartimento 2007 finale

Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”
Piazza della Scienza n. 3 - 20126 Milano
http://www.unimib.it
http://fisica.mib.infn.it
Relazione Anno 2007
Direttore:
Prof. Federico Rapuano
Vicedirettore:
Prof. Giorgio Sironi
Segretario Amministrativo: Sig.a Anna Mangano
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
INDICE
pag.
Presentazione del Dipartimento
3
Attività amministrativo-contabile
4
Personale del Dipartimento
5
Personale INFN
8
Attività didattica
9
Attività scientifica
11
Fisica delle Particelle
Personale
Ricerca
1) Fisica dei Neutrini
Astrofisica
Personale
Ricerca
1)
2)
3)
4)
12
13
20
21
22
23
25
28
Cosmologia – Gruppo Radio
Astrofisica e Cosmologia
Cosmologia relativistica
Galassie e oggetti compatti
Plasmi
Personale
Ricerca
1) Turbolenza nei plasmi
2) Applicazioni industriali dei plasmi
3) Microscopia ed analisi dei materiali
4) Plasmi per la fusione termonucleare e spettroscopia neutronica
5) Progetto Ancient Charm
CENTRO PLASMA PROMETEO
Pubblicazioni
Laser e Plasmi
Personale
Ricerca
1) Idrodinamica in plasmi prodotti da laser, shock e fisica dei materiali
a fortissime pressioni
2) Interazione laser materia in regime relativistico
LABORATORI
Pubblicazioni
Biofisica
Personale
Ricerca
1) Studio della fotodinamica di proteine
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32
33
33
33
33
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41
45
46
46
50
51
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55
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2) Biofisica di singole molecole
3) Imaging cellulare di tessuti con tecniche ottiche non lineari
Pubblicazioni
56
56
57
Elettronica
Personale
Ricerca
Pubblicazioni
60
60
61
Fisica Teorica
Personale
Ricerca
Pubblicazioni
63
63
69
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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 52 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
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, Istituto IASF/INAF, DESY,
Fermilab, MPI, Efda-JET, CNRS, RAL, LULI, Auroral Observatory of Tromso.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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 ben 34Mb/s. Tale collegamento garantisce una connettività
eccezionale ad Internet, come richiesto dai moderni metodi per grandi esperimenti e per il calcolo
distribuito su grandi scale (progetto GRID).
E’ possibile consultare il sito Web del Dipartimento all’indirizzo:
http://fisica.bicocca.mi.infn.it/it/
ATTIVITÀ AMMINISTRATIVO-CONTABILE
L’attività amministrativo-contabile del Dipartimento nel corso dell’anno 2006 può essere
riassunta come segue:
Tabella sintetica dell’attività amministrativo-contabile 2007
Mandati
1423
€ 1.815.573,00
Impegni
1052
€ 1.585.935,00
Reversali
76
€ 1.985.050,00
Accertamenti
68
€ 1.638.934,00
Missioni
399
€ 170.000,00
Pagamenti verso l’estero
47
€ 251.000,00
Registrazioni Materiali inventariati
146
€ 552.509,00
Variazioni di bilancio
135
€ 2.606.296,00
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PERSONALE DEL DIPARTIMENTO
Professori Ordinari
Baldini Giancarlo
Boella Giuliano
Bonometto Silvio
Chincarini Guido
Chirico Gilberto
Destri Claudio
Fiorini Ettore
Fontanesi Marcello
Girardello Luciano
Marchesini Giuseppe
Pullia Antonio
Ragazzi Stefano
Rapuano Federico
Sironi Giorgio
Professori Associati
Batani Dimitri
Brofferio Chiara
Calvi Marta
Collini Maddalena
Colpi Monica
Enriotti Mirella
Gavazzi Giuseppe
Gervasi Massimo
Gorini Giuseppe
Paganoni Marco
Penati Silvia
Riccardi Claudia
Sassi Giandomenico
Tabarelli de Fatis Tommaso
Zaffaroni Alberto
Zanotti Luigi
Ricercatori
Barni Ruggero
D’Alfonso Laura
Ghezzi Alessio
Lucchini Gianni
Nucciotti Angelo
Oleari Carlo
Pavan Maura
Pensotti Simonetta
Roman Eduardo (T.D.)
Zannoni Mario
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Personale Amministrativo
Branzoni Lorella
De Vita Stefania
Foschi Vera
Lucchini Silvana
Mangano Anna
Venditti Ciro
Personale Tecnico
Banfi Stefano
Baù Sandro
Benocci Roberto
Boncristiano Antonello
Callegaro Cristiano
De Lucia Antonio
Galassi Alessandro
Govoni Pietro
Mietner Alessandro
Milani Roberto
Passerini Andrea
Piselli Moreno
Sisti Monica
Assegnisti e Borsisti
Arnaboldi Claudio
Cannone Fabio
Capelli Silvia
Casarini Luciano
Cattaneo Roberta
Clemenza Massimiliano
Colombo Loris
Cornalba Lorenzo
Croccolo Fabrizio
Esena Paola
Gendre Bruce
Gironi Luca
Grimoldi Elisa
Guidorzi Cristiano
Kraft-Bermuth Saskia
La Parola Valentina
Mainini Roberto
Mancin Marco
McReynolds Sean Thomas
Montalti Massimo
Orlando Domenico
Patroni Stefano
Perelli Enrico
Pizzolato Fabio
Romano Patrizia
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Rovere Marco
Salerno Roberto
Salvaterra Ruben
Schaeffer David
Venkatakrishnan Narayanan
Zanini Stefano
Dottorandi
XXI Ciclo
Bosisio Chiara
Cerati Giuseppe
De Vecchi Bernadetta
Grossetti Giovanni
Moro Alessandro
Ognissanto Flora
Proverbio Luca
Quercioli Valentina
Ricci Daria
Sala Leonardo
Tancini Valentina
XXII Ciclo
Alioli Simone
Amariti Antonio
Bin William
Colombo Marco
Consolandi Cristina
Margutti Raffaella
Pizzichemi Marco
Ratti Carlo Alberto
Re Emanuele
Spinelli Sebastiano
Taroni Silvia
Ziano Roberto
XXIII Ciclo
Carrettoni Marco
Fanchini Erica
Fasiello Matteo
Gironi Luca
Maiano Cecilia
Pasotti Francesco
Pattavina Luca
Rebasti Sara
Siani Massimo
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All’attività di ricerca del Dipartimento collabora anche il seguente personale dell’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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
necessariamente fisiche (ad es. banche, imprese finanziarie, società di consulenza).
E’ attivo inoltre il Dottorato in Fisica ed Astronomia, coordinato dal Prof. Claudio Destri.
Il Dipartimento organizza e collabora a varie attività per la divulgazione della Fisica: per gli
studenti dei Corsi di laurea e delle Scuole Medie Superiori il Dipartimento organizza cicli di seminari
generali, visite ai propri gruppi di ricerca e laboratori, nonchè corsi in settori della Fisica moderna
direttamente presso le Scuole.
Nell’ambito del Progetto Lauree Scientifiche del Ministero, è stato realizzato LABEX,
Laboratorio di Fisica a disposizione di studenti di Scuole Medie Superiori guidati da propri
insegnanti con l’assistenza di personale docente e tecnico del Dipartimento.
In collaborazione con l’Associazione Italiana per la Fisica, sono state svolte le gare di II
livello della Lombardia per le OLIMPIADI DELLA FISICA e sono stati organizzati corsi di
preparazione per le prove pratiche e scritte.
Sono stati svolti corsi introduttivi alla Meccanica Quantistica ed alla Relatività Speciale.
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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
Fiorini Ettore
Negri Pietro
Pullia Antonino
Brofferio Chiara
Calvi Marta
Paganoni Marco
Ragazzi Stefano
Tabarelli de Fatis Tommaso
Zanotti Luigi
Nucciotti Angelo
Pavan Maura
Pensotti Simonetta
Bellunato Tito
Capelli Silvia
Ghezzi Alessio
Callegaro Cristiano
De Lucia Antonio
Govoni Pietro
Sisti Monica
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Ricercatore
Ricercatore
Ricercatore
Assegnista
Assegnista
Assegnista
Tecnico
Tecnico
Tecnico Laureato
Tecnico Laureato
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, S. Malvezzi, C. Matteuzzi, D.
Menasce, L. Moroni, D. Pedrini, S. Pirro, E. Previtali, P.G. Rancoita, N. Redaelli, S. Sala
Tecnologi: C. Arnaboldi, L. Carbone, P. Dini, G.L. Pessina
Dottorandi:
G. Cerati, C. Nones, M. Malberti, R. Salerno, L. Sala, V. Tancini
Ricerca
1) Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC
2) Fisica elettrodebole con il rivelatore DELPHI al LEP
3) Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb ad LHC
4) Esperimenti HARP e NUFACT/MICE
5) Sviluppo di rivelatori di radiazioni di grandi superfici
6) Studio di risonanze mesoniche con il rivelatore L3 al LEP
7) Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS
8) Fisica del charm con l’esperimento FOCUS
9) Fisica dei Neutrini
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Fisica dei Neutrini
a)
b)
c)
d)
Misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico con metodo calorimetrico
Misura del Doppio Decadimento Beta del 130Te
Misura del Doppio Decadimento Beta del 76Ge
Sviluppo di scintillatori organici liquidi drogati con In, Gd, Nd
Personale
a) e b) Personale universitario: C. Brofferio, E. Fiorini, A. Nucciotti, M. Pavan, M. Sisti, A. de Lucia
Personale INFN: L. Carbone, G. Ceruti, O. Cremonesi, R. Gaigher, G. Galotta, M. Perego, G.
Pessina, S. Pirro, E. Previtali
Personale con contratto a tempo determinato (Università o INFN): C. Arnaboldi, S. Capelli
Dottorandi: C. Nones
c) e d) Personale universitario: E. Bellotti (in trattamento di quiescenza), L. Zanotti
Personale INFN: C. Cattadori
a) Misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico con metodo calorimetrico
b)
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b)
a)
In a) il set-up sperimentale disegnato
per MARE-1. In b) l’array della NASA
con i cristalli di AgReO4 utilizzato nei
test. In c) lo spettro di calibrazione del
migliore rivelatore in b)
c)
L'esperimento studia l'end-point dello spettro
del
per determinare la massa
dell'antineutrino elettronico. Si utilizzano schiere di rivelatori termici di AgReO4 caratterizzati da una
elevata risoluzione energetica. Con questa tecnica si realizza una misura calorimetrica dell'energia
emessa nel decadimento del 187Re, cioè si misura tutta l'energia rilasciata tranne quella sottratta dal
neutrino. La misura calorimetrica dello spettro si pone in antitesi con la tecnica tradizionalmente
impiegata per la misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico, ovvero la spettrometria
elettrostatica o magnetica degli elettroni emessi nel decadimento del Trizio, e ne evita tutte le fonti
di errore sistematico.
187Re
Dal 2005 è in fase di sviluppo il nuovo esperimento per la misura diretta della massa del
neutrino MARE (Microcalorimeter Arrays for a Rhenium Experiment). MARE si divide in 2 fasi:
MARE-1 prevede il raggiungimento di una sensibilità sulla massa del neutrino dell’ordine di 1 eV,
permettendo di verificare i risultati degli spettrometri e di controllare la presenza di effetti sistematici
inattesi. MARE-2 cercherà di raggiungere una sensibilità pari a 0.2 eV. All’esperimento MARE
partecipano gruppi italiani, tedeschi ed americani.
Nell’ ambito di MARE-1, presso il laboratorio criogenico del dipartimento, nel corso del
2007 si sono effettuati gli ultimi test per verificare la qualità dei cristalli di AgReO4 prodotti per
l'esperimento, utilizzando un array di 6x6 sensori uguale a quelli che saranno utilizzati in MARE-1.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Si è poi iniziato l'assemblaggio del set-up sperimentale criogenico e dell'elettronica di
front-end. Le attività di MARE-1 si svolgono in collaborazione con NASA/GSFC (Greenbelt, MD,
USA) e Wisconsin University (Madison, WI, USA).
Pubblicazioni:
1. Giuliani, A.; Andreotti, E.; Arnaboldi, C.; de Bernardis, P.; Beyer, J.; Brofferio, C.; Calvo, M.;
Capelli, S.; Cremonesi, O.; Enss, C.; Fiorini, E.; Fleischmann, A.; Foggetta, L.; Galeazzi, M.;
Gallinaro, G.; Gastaldo, L.; Gatti, F.; Gorla, P.; Heeger, K.; Irwin, K.D.; Kelley, R.; Kilbourne, C.A.;
Margesin, B.; Maruyama, R.; Masi, S.; McCammon, D.; Monfardini, A.; Nones, C.; Nucciotti, A.;
Pavan, M.; Pedretti, M.; Pergolesi, D.; Pessina, G.; Petcov, S.; Porter, F.S.; Prest, M.; Previtali, E.;
Repetto, P.; Ribeiro-Gomez, M.; Sangiorgio, S.; Schaeffer, D.; Sisti, M.
"MARE, MICROCALORIMETER ARRAYS FOR A RHENIUM EXPERIMENT: A DETECTOR
OVERVIEW", NIM A, 572 (2007) 208-210
2. Sisti, M; MARE collaboration
"MARE: RE-187 BETA SPECTRUM ANALYSIS WITH BOLOMETRIC TECHNIQUES"
NPB Proc. Suppl., 168 (2007) 48-50
b) Misura del Doppio Decadimento Beta del 130Te
Scopo principale di questo filone di ricerca è lo studio del decadimento beta doppio del 130Te
(con e senza emissione di neutrini) per mezzo di una schiera di rivelatori bolometrici operanti in un
refrigeratore a diluizione presso la Sala A dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). I risultati
raggiunti nel corso del 2002 con una schiera di 20 cristalli di TeO2, pari ad una massa di circa 7 kg
di rivelatore attivo, hanno permesso di fissare dei limiti sulla combinazione lineare delle masse dei
neutrini nota col nome di “massa efficace” attorno all'elettronvolt, ponendo questo esperimento al 2º
posto a livello internazionale dal punto di vista della sensibilità a
tale parametro.
Per migliorare ulteriormente tale risultato è stato
necessario aumentare di molto la massa e ridurre il più
possibile il residuo (seppur minimo) livello di contaminazione
radioattiva naturale ancora presente nel passato esperimento. Il
risultato è l’esperimento CUORICINO che consiste in 62 cristalli
di TeO2, pari ad una massa attiva di circa 40 kg.
Le misure con CUORICINO sono iniziate nel 2003 e sono
proseguite fino a tutto il 2007 presso la Sala A dei LNGS. Alla
fine dell’anno la sensibilità sulla massa efficace del neutrino era
di circa 0.2÷0.6 eV: un risultato di grande interesse a causa di
una supposta evidenza riportata, con una massa efficace
simile, dalla collaborazione Heidelberg-Moscow per questo
decadimento raro nel 76Ge.
Gli sviluppi futuri di questa ricerca prevedono la
realizzazione di una schiera di rivelatori bolometrici di massa
complessiva attorno ad 1 tonnellata (esperimento CUORE), che
consentirebbe il raggiungimento di una sensibilità sulla massa
efficace attorno a 0.03 eV, laddove alcune teorie sulla massa
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nella foto, CUORICINO
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
dei neutrini prevedono possa trovarsi tale parametro sperimentale.
L’esperimento CUORE è un esperimento internazionale che vede la collaborazione di gruppi
italiani, spagnoli ed americani. Nell’ambito dell’esperimento CUORE il gruppo del Dipartimento di
Fisica dell'Università degli Studi di Milano - Bicocca ha una posizione di leadership e si occupa dello
sviluppo del rivelatore, della riduzione della radioattività, dell’analisi dei dati, delle simulazioni
Montecarlo, dell’elettronica e del sistema criogenico.
Nel corso del 2007 sono stati anche eseguiti diversi esperimenti con un secondo refrigeratore a
diluizione installato nella Sala C dei LNGS. Si è trattato di test in vista della definizione dei rivelatori
dell’esperimento CUORE: in particolare sono state studiate nuove tecniche di pulizia dei materiali e
si è cercato di individuare ed eliminare tutte le sorgenti che contribuiscono al fondo radioattivo.
Sempre nella Sala C dei LNGS si studiano rivelatori in cui si misura la luce di scintillazione
simultaneamente al segnale termico per discriminare alcuni tipi di fondi in vista di futuri esperimenti
per la ricerca del doppio decadimento beta ancora più sensibili di CUORE.
Pubblicazioni:
1. S.Capelli, R.Ardito, C.Arnaboldi, D.R.Artusa, F.T.AvignoneIII, M.Balata, I.Bandac, M.Barucci,
J.W.Beeman, F.Bellini, C.Brofferio, C.Bucci, F.Capozzi, L.Carbone, S.Cebrian, M.Clemenza,
C.Cosmelli, O.Cremonesi, R.J.Creswick, I.Dafinei, A.deWaard, M.Diemoz, M.Dolinski, H.A.Farach,
F.Ferroni, E.Fiorini, G.Frossati, C.Gargiulo, E.Guardincerri, A.Giuliani, P.Gorla, T.D.Gutierrez,
E.E.Haller, I.G.Irastorza, E.Longo, G.Maier, R. Maruyama, S.Morganti, S.Nisi, C.Nones,
E.B.Norman, A.Nucciotti, E.Olivieri, P.Ottonello, M.Pallavicini, V.Palmieri, E.Pasca, M.Pavan,
M.Pedretti, G.Pessina, S.Pirro, E.Previtali, B. Quiter, L.Risegari, C.Rosenfeld, S.Sangiorgio, M.Sisti,
A.R.Smith, S.Toffanin, L.Torres, G.Ventura, N.Xu, L.Zanotti
"CUORICINO AND CUORE, BOLOMETRIC EXPERIMENTS FOR DOUBLE BETA DECAY
RESEARCH"
Pubblicato in ``2007 Electroweak Interactions and Unified Theories'', THE GIOI Publishers, p.415420, 2007, Italia
2. F. Bellini, F. Alessandria, E. Andreotti, R. Ardito, C. Arnaboldi, F.T. Avignone III, M. Balata,
I.Bandac, M. Barucci, J.W.Beeman, B. Berger, C. Brofferio, A. Bryant, C. Bucci, S.Capelli,
L.Carbone, S. Cebrian, M. Clemenza,C. Cosmelli, S. Cuneo, O.Cremonesi, R.J. Creswick,
I.Dafinei, M. P. Decowski, S. Di Domizio, S. Diemoz, M.J. Dolinski, H.A.Farach, F. Ferroni,
E.Fiorini, L. Foggetta, S.J. Freedmann, C. Gargiulo, A. Giachero, E.Guardincerri, A. Giuliani,
P.Gorla, T.D. Gutierrez, E.E. Haller, K.M. Heeger, I. G. Irastorza, R.Kadel, Yu.G. Kolomenski,
E.Longo, G. Maier, R. Maruyama, C. Martinez, S. Morganti, S. Nisi, C. Nones, E.B. Norman,
A.Nucciotti, M. Olcese, P. Ottonello, M. Pallavicini, E. Palmieri, M. Pavan, M. Pedretti, G. Pessina,
S. Pirro, G. Pessina, E. Previtali, L. Risegari, C. Rosenfeld, S. Sangiorgio, M.Sisti, A.R. Smith,
L.Torres, C. Tomei, G. Ventura, M. Vignati, N. Xu, C. Zarra and L. Zanotti
"PASSIVE SHIELDING IN CUORE"
Pubblicato in AIP Conf.Proc. 897 (2007) 117-122, Stati Uniti
3. M.Pedretti, F. Alessandria, E. Andreotti, R. Ardito, C. Arnaboldi, F.T. Avignone III, M. Balata,
I.Bandac, M. Barucci, J.W.Beeman, F.Bellini, B. Berger, C. Brofferio, A. Bryant, C. Bucci, S.Capelli,
L.Carbone, S. Cebrian, M. Clemenza,C. Cosmelli, S. Cuneo, O.Cremonesi, R.J. Creswick,
I.Dafinei, M. P. Decowski, S. Di Domizio, S. Diemoz, M.J. Dolinski, H.A.Farach, F. Ferroni,
E.Fiorini, L. Foggetta, S.J. Freedmann, C. Gargiulo, A. Giachero, E.Guardincerri, A. Giuliani,
P.Gorla, T.D. Gutierrez, E.E. Haller, K.M. Heeger, I. G. Irastorza, R.Kadel, Yu.G. Kolomenski,
E.Longo, G. Maier, R. Maruyama, C. Martinez, S. Morganti, S. Nisi, C. Nones, E.B. Norman,
A.Nucciotti, M. Olcese, P. Ottonello, M. Pallavicini, E. Palmieri, M. Pavan, G. Pessina, S. Pirro, G.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Pessina, E. Previtali, L. Risegari, C. Rosenfeld, S. Sangiorgio, M.Sisti, A.R. Smith, L.Torres, C.
Tomei, G. Ventura, M. Vignati, N. Xu, C. Zarra and L. Zanotti
"AN ACTIVE-SHIELD METHOD FOR THE REDUCTION OF SURFACE CONTAMINATION
IN CUORE"
Pubblicato in AIP Conf.Proc. 897 (2007) 59-64, Stati Uniti
4. M. Pavan, C. Callegaro, S. Capelli, M. Carrettoni, M. Clemenza, L.Gironi, P. Gorla, C. Maiano,
C. Nones, M. Pedretti
"CONTROL OF BULK AND SURFACE RADIOACTIVITY IN BOLOMETRIC SEARCHES FOR
DOUBLE BETA DECAY"
Accettato per pubblicazione su The European Physical Journal, 2007
c) Misura del Doppio Decadimento Beta del 76Ge
L'esperimento GERDA (GERmanium Detector Array) e’ volto alla ricerca del decadimento
doppio beta del 76Ge presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. La struttura dell'apparato
consiste sinteticamente di diodi al germanio, arricchiti all' 86% in germanio 76, l'isotopo doppio beta
attivo. I diodi saranno direttamente immersi in un liquido criogenico (azoto o argon liquidi) che ha la
doppia funzione di raffreddare i diodi e di schermarli dalla radioattività ambientale. Il tutto è
circondato da acqua, per un totale di circa 700 m3, che funge da ulteriore schermo per gamma e
neutroni e da veto per la radiazione muonica, rilevando la radiazione Cerenkov emessa in acqua.
La schermatura descritta, unitamente i) alla severa selezione dei materiali costituenti il montaggio
ed il read-out dei diodi, ii) alla elevata qualità in termini di radiopurezza dei diodi stessi, permette
nominalmente di ottenere un abbattimento del fondo di circa un fattore cento rispetto agli ultimi
esperimenti sul decadimento doppio beta del germanio 76.
L’esperimento si articolerà in due fasi: nella prima verranno posti in misura 8 diodi arricchiti + 5
non arricchiti per una massa di quasi 20 kg, già delle collaborazioni HdM e IGEX (opportunamente
riadattati); nella seconda fase altri rivelatori, per un totale di almeno ulteriori 25 kg, verranno
aggiunti. Questi ultimi saranno a read-out segmentato per permettere ulteriori riduzioni del fondo.
L'esperimento può raggiungere in tempi brevi (2-3 anni dall'entrata in funzione prevista per il
2009) limiti sul periodo di dimezzamento, di 1026 anni o confermare con buona statistica l'effetto
positivo osservato dalla collaborazione Heidelberg-Moscow.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Figura 1 Schema dell’ esperimento GERDA sulla ricerca del decadimento doppio beta del 76Ge
Nel corso del 2007:
1. E’ stato completamente costruito e collaudato presso la ditta il criostato per il LAr.
2. E’ iniziata la costruzione presso i LNGS del serbatoio dell’acqua.
3. E’ proseguito lo sviluppo e test dei circuiti integrati ASIC CMOS per la lettura di front end
dei rivelatori al germanio.
4. E’ proseguito lo studio sperimentale sui rivelatori prototipo per caratterizzare
principalmente la stabilita’ della correnete inversa in funzione di differenti geometrie e
superfici di passivazione.
Pubblicazioni:
C. Cattadori et al., The GERmanium Detector Array read-out: status and developments,
Nucl. Instr. Meth. A 572 (2007) 479
d) Sviluppo di scintillatori organici liquidi drogati con In, Gd, Yb, Nd
Tale sviluppo, nato nell’ambito della fisica del neutrino, in collaborazione con l’INR di Mosca, si
svolge presso i LNGS e ha lo scopo di creare bersagli di scintillatori organici liquidi radiopuri,
otticamente stabili, della massa dell’ordine delle decine-centinaia di tonnellate, drogati in percentuali
da 0.1% a 1% in Gd, al fine di realizzare bersagli per esperimenti su anti-neutrini (da reattore, da
Supernova) su scala del MeV.
1)
Durante tutto il 2007 sono stati condotti i test di stabilità ed efficienza dei due rivelatori di
LVD da 1.2 t ognuna drogati con il sale di Gd, sviluppato e sintetizzato nel corso del
programma di R&D, ad una concentrazione finale di Gd di ca. 1 g/l. Le proprietà ottiche e
di resa di luce dello scintillatore delle due tank sono state e sono tuttora monitorate,
tramite misure di laboratorio su campioni estratti dalle tanks (3 campionature nel corso
del 2006) e tramite misure “in-tank” di efficienza e tempo di cattura dei neutroni. Dal
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
giugno 2006 le due tanks (una collocata ai Laboratori Esterni ed una nei Laboratori
Sotterranei dei LNGS) sono state e sono periodicamente irraggiate con una debolissima
sorgente di neutroni. Tutti i test condotti indicano la stabilità dello scintillatore,
dimostrandolo adeguato per incrementare la sensibilità dell'esperimento ad un evento di
Supernovae. I risultati sperimentali saranno pubblicati nel corso del 2008.
Figura 2 La struttura della sale organico di Gd sviluppato e due campioni di scintillatore drogato con Gd (ca.
1 g/l) 1 prodotto.
2)
E' iniziata la sperimentazione di R&D per il drogaggio con Nd di un volume di 5 ton di
scintillatore liquido di Pseudocumene, alla volta di riutilizzare sempre nell'ambito della
fisica del neutrino il rivelatore CTF (Counting Test Facility) di Borexino. In questa
applicazione i parametri critici sono la colorazione, e quindi l'abbondanza delle righe di
assorbanza, dell'elemento Nd e la sua radiopurezza. Sono stati prodotti 2 l di scintillatore
drogato con una concentrazione di Nd di 6.5 g/l le cui prestazioni e stabilita’ saranno
misurate nel 2008.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
ASTROFISICA
Personale
Boella Giuliano
Bonometto Silvio
Chincarini Guido
Sironi Giorgio
Colpi Monica
Gavazzi Giuseppe
Gervasi Massimo
Sassi Giandomenico
Zannoni Mario
Baù Sandro
Passerini Andrea
Colombo Loris
Casarini Luciano
Guidorzi Cristiano
La Parola Valentino
Mainini Roberto
Tartari Andrea
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Ricercatore
Tecnico
Tecnico
Assegnista
Assegnista
Assegnista
Assegnista
Assegnista
Assegnista
Ospiti:
Aldo Treves (Università dell'Insubria), Francesco Haardt (Università dell'Insubria)
Borsisti:
Michela Mapelli
Dottorandi:
Bernadetta De Vecchi, Dino Pierluigi Fugazza, Antonio Enea Romano, Sebastiano Spinelli
Dottorandi - Cotutela con IASF-INAF, Osservatorio di Brera, IFP-CNR:
Alessandro Baldi, William Bin, Olga Cucciati, Giovanni Grossetti, Fabio Mattana, Ruben Mazzoleni,
Alessandro Moro, Marcello Ravasio, Davide Rizzo, Sabrina Rossi.
Dottorandi – Universita' di Pavia, inseriti nella Sez. INFN di Milano-Bicocca
La Vacca Giuseppe
Attività organizzativa e di coordinamento
Incarichi interni all'Università:
- Prof. Silvio Bonometto: Componente del Comitato d’Area delle Scienze Fisiche
- Prof. Giogio Sironi: Vicedirettore di Dipartimento - Componente Commissione Grandi Attr.
- Dr Mario Zannoni: Componente eletto della Giunta di Dipartimento
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Altri incarichi:
- Prof. Monica Colpi: Componente del Consiglio Direttivo dell’Italian Society of General Relativity
- Prof. Silvio Bonometto: Membro della giunta dell’International School for Astroparticle Physics;
Membro del C.S. e del C.D. Di RIAA (Rete Interuniversitaria di Astronomia & Astrofisica)
- Prof. Massimo Gervasi: Coordinatore del Gruppo di lavoro tematico “Cosmologia e Fisica
Fondamentale” presso l’Agenzia Spaziale Italiana
Ricerca
La ricerca astrofisica in Bicocca copre diverse tematiche, dagli oggetti compatti ai
GammyaRay Bursts, dalle galassie agli ammassi di galassie, alla astrofisica delle alte energie e dei
raggi cosmici, alle astroparticles, alla cosmologia teorica ed osservativa.
E’ inoltre sviluppata strumentazione per osservazioni dalle lunghezze d’onda radio alle
lunghezze d’onda submillimetriche.
Le osservazioni sono condotte sia dallo spazio che da terra.
Le ricerche sono quasi tutte in collaborazione con istituti italiani e stranieri.
Le principali attività sono:
COSMOLOGIA SPERIMENTALE/OSSERVATIVA
(a) Osservazioni della Radiazione Fossile a 3K: ricerca di proprietà fini (anisotropie spaziali,
polarizzazione, distorsioni spettrali), dipendenza della temperatura da Z, effetto S-Z. Sviluppo di
strumentazione avanzata per la ricerca di polarizzazione con osservazioni da terra e dallo spazio,
nell’ambito di collaborazioni nazionali ed internazionali (progetti BRAIN, B-pol, Wcam).
Realizzazione dello spettrometro per il programma SAGACE dell’ASI, per osservare effetto S-Z da
ammassi, AGN e Galassie ad alto redshift. Sviluppo di rivelatori a basso rumore e radiometri per
osservazioni cosmologiche ed astrofisiche a lunghezze d’onda millimetriche e sub-millimetriche.
(b) Costruzione dello strumento robotico infrarosso/ottico REM (Rapid Eye Mount); studio
dell' “afterglow di Gamma Ray Bursts”; Missione SWIFT.
(c) Acquisizione ed interpretazione dei dati.
COSMOLOGIA RELATIVISTICA
(a) Studio della struttura cosmica su larga scala; Modelli cosmologici.
(b) Dinamica dell'aggregazione delle sottostrutture; Simulazioni N-Body.
(c) Radiazione cosmica fossile; Polarizzazione ed energia oscura.
GALASSIE
(a) Osservazione multibanda delle galassie nell'Universo Locale; Parametri strutturali; Storie
di evoluzione stellare; Effetti di ambiente.
(b) Dinamica delle Galassie Nane.
ASTROFISICA DELLE ALTE ENERGIE
(a) Fisica delle sorgenti relativistiche; Stelle di neutroni, pulsars, buchi neri.
(b) Buchi neri e galassie; Dinamica e Cosmologia.
(c) Osservazioni con satelliti per astronomia X; BeppoSAX, XMM, Chandra.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Finanziamenti per la Ricerca:
Fondi FAR (ex 60%)
Fondi PRIN (COFIN)
Fondi ASI
Fondi CNR
Fondi INFN
Fondi ENEA/PNRA e CSNA
Fondi FIRB
1) Cosmologia - Gruppo Radio
G. Boella, M. Gervasi, G. Sironi, A. Tartari, M. Zannoni, A. Passerini, S. Baù
Ricerca di strutture fini della Radiazione Fossile a 3 K con osservazioni da terra e dallo spazio.
Osservazioni astrofisiche a lunghezze d`onda millimetriche e sub-millimetriche.
Ricerche in corso:
a) Polarizzazione della Radiazione a 3 K:
- è in funzione alla Testa Grigia il Polarimetro a Correlazione a 33 GHz realizzato negli scorsi
anni;
- osservazioni con tecniche interferometriche dalla base antartica di Dome Concordia
nell’ambito della collaborazione internazionale BRAIN;
- partecipazione allo studio del progetto spaziale B-pol per la ricerca di modi B della
polarizzazione ed individuare il fondo cosmologico di onde gravitazionali.
b) Distorsioni nello spettro della Radiazione a 3 K; è stata completata l’analisi dei dati raccolti
con l`esperimento TRIS (Insieme di tre radiometri assoluti operanti a 0.6, 0.82 e 2.5 GHz) e
sviluppati metodi per la separazione delle componenti della radiazione diffusa; i lavori (quattro)
sono stati sottoposti (ed accettati) per la publlicazione su ApJ.
c) Astronomia a lunghezze millimetriche e sub-millimetriche:
1) sviluppo di componentistica criogenica e messa a puntoi di una camera criogenica
per test elettromagnetico degli stessi
2)partecipazione allo studio di fase A per ASI per la realizzazione di SAGACE: satellite
per spettroscopia sub millimetrica di oggetti extragalattici
d) G. Gervasi partecipa alla ricerca di antimateria tra i Raggi Cosmici con lo strumento AMS
pronto per essere installato sulla Stazione Spaziale.
e) G.Sironi e A.Bau’ sono coinvolti nel funzionamento e sviluppo di nuova strumentazione
per LABEX, laboratorio del Profgetto Lauree Scientifiche.
Esperimenti in corso:
1) Polarimetro di Milano (MiPol)
2) SAGACE
3) Esperimento BRAIN
4) Studi per l’esperimento spaziale B-pol
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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”
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)
Pubblicazioni apparse nel 2007 :
1)GERVASI M, BANFI S, BOELLA G, PASSERINI A, NATALE V, SIRONI G., TARTARI A,
ZANNONI M. (2007). Radiometers based on SIS mixers to measure SZ effect from galaxy clusters.
NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 363-367 ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri
Memorial Meeting - Rome June 2006.
2)GERVASI M, BANFI S, BOELLA G, PASSERINI A, NATALE V, SIRONI G., TARTARI A,
ZANNONI M. (2007). Radiometers based on SIS mixers to measure SZ effect from galaxy clusters.
NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 363-367 ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri
Memorial Meeting - Rome June 2006.
3)SIRONI G., BOELLA G, GERVASI M, TARTARI A, ZANNONI M. (2007). The CMB spectrum:
perspective of observing spectral distortions. NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 406-410
ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri Memorial meeeting - Rome June 2006.
Astrofisica & Cosmologia
G. Chincarini
Componenti:
•
Il Prof. Guido Chincarini è il Principal Investigator italiano della collaborazione Swift; il
gruppo ha carattere nazionale ed internazionale e ha un ruolo di primo piano nella ricerca sui
Gamma Ray Bursts.
Si elencano i collaboratori presenti dall’inizio del progetto:
•
Bicocca: Stefano Guidorzi (Post Doc), Patrizia Romano (Post Doc), Ruben Salvaterra (post
doc)
•
Bicocca Studenti: Laura Di Gesu (tesina), Diletta Pagnoni (tesina), Francesco Pasotti (tesi
di laurea), Raffaella Margutti (dottorato di ricerca)
•
INAF - OAB Swift Team - Milano
•
ASI SCIENCE DATA CENTER (ASDC) - ROMA ASI Ground Segment - Malindi
•
INAF, IASF Palermo
•
INAF – OAR Roma
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
•
Collaboratori Internazionali: NASA (Goddard Space Flight Centre) - USA, Penn State
University - USA, University of Leicester UK - Los Alamos USA.
Ricerche in corso:
•
L’anno 2007 è caratterizzato dalla transizione tra il periodo delle scoperte iniziali dovute
all’ottimo funzionamento del satellite Swift e dell’inizio della statistica attraverso la quale si pensa di
capire la fisica e la cosmologia del fenomeno.
Gli argomenti che saranno approfonditi nell’ambito del gruppo italiano sono:
•
Morfologia e fisica dei Flares. Meccanismo di emissione e attività del motore centrale.
•
Fisica ed energetica dei Gamma Ray Bursts - Curve di Luce.
•
Meccanismi di decadimento dell’emissione nelle diverse bande elettromagnetiche.
•
La funzione di luminosità.
•
Progenitori e galassie ospite.
•
Studio della riga ferro altamente ionizzato.
•
Statistica della variabilità nei raggi gamma. Sfasamento dei picchi in funzione dell’energia.
•
La distribuzione spettrale dai 150keV all’ottico. Implicazioni per i modelli di emissione e per
i jet ultrarelativistici.
Relazione di invito a congressi:
•
Sono elencati solamente gli inviti e relative partecipazioni a congressi del Prof. Guido
Chincarini.
Va tuttavia tenuto presente che vari componenti del team hanno avuto inviti analoghi.
Inoltre, non sono elencate le conferenze per il pubblico:
•
SAIt Catania
•
Cefalu
•
Elba
•
Venice 2006
•
Bejing (China) - COSPAR
•
CfA - Smithsonian - Cambridge USA
•
Ithaca - Cornell University
•
Roma - ICRA
Pubblicazioni (sono elencate solo una decina delle pubblicazioni realizzate nel 2007 dal Gruppo)
1. 2007ApJ...671.1921F, Falcone, A. D.; Morris, D.; Racusin, J.; Chincarini, G.; Moretti, A.;
Romano, P.; Burrows, D. N.; Pagani, C.; Stroh, M.; Grupe, D.; and 5 coauthors, The First
Survey of X-Ray Flares from Gamma-Ray Bursts Observed by Swift: Spectral Properties
and Energetics.
2. 2007ApJ...671.1903C, Chincarini, G.; Moretti, A.; Romano, P.; Falcone, A. D.; Morris, D.;
Racusin, J.; Campana, S.; Covino, S.; Guidorzi, C.; Tagliaferri, G.; and 18 coauthors, The
First Survey of X-Ray Flares from Gamma-Ray Bursts Observed by Swift: Temporal
Properties and Morphology
3. 2007A&A...476.1219D, Dolcini, A.; Farfanelli, F.; Ciprini, S.; Treves, A.; Covino, S.;
Tosti, G.; Pian, E.; Sbarufatti, B.; Molinari, E.; Chincarini, G.; and 16 coauthors, REM
near-IR and optical multiband observations of PKS 2155-304 in 2005
4. 2007A&A...474..815M, Margutti, R.; Chincarini, G.; Covino, S.; Tagliaferri, G.;
Campana, S.; Della Valle, M.; Filippenko, A. V.; Fiore, F.; Foley, R.; Fugazza, D.; and 4
coauthors; The host galaxy of GRB 031203: a new spectroscopic study
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
5. 2007A&A...474..793G, Guidorzi, C.; Vergani, S. D.; Sazonov, S.; Covino, S.; Malesani, D.;
6.
7.
8.
9.
10.
Molkov, S.; Palazzi, E.; Romano, P.; Campana, S.; Chincarini, G.; and 23 coauthors, GRB
070311: a direct link between the prompt emission and the afterglow
2007MNRAS.380L..45S, Salvaterra, R.; Campana, S.; Chincarini, G.; Tagliaferri, G.;
Covino, S.; On the detection of very high redshift gamma-ray bursts with Swift
2007ApJ...665..599T, Troja, E.; Cusumano, G.; O'Brien, P. T.; Zhang, B.; Sbarufatti, B.;
Mangano, V.; Willingale, R.; Chincarini, G.; Osborne, J. P.; Marshall, F. E.; and 15
coauthors; Swift Observations of GRB 070110: An Extraordinary X-Ray Afterglow
Powered by the Central Engine
2007A&A...467..629D,D'Elia, V.; Fiore, F.; Meurs, E. J. A.; Chincarini, G.; Melandri, A.;
Norci, L.; Pellizza, L.; Perna, R.; Piranomonte, S.; Sbordone, L.; and 37 coauthors;
UVES/VLT high resolution spectroscopy of GRB 050730 afterglow: probing the features of
the GRB environment
2007ApJ...656L..49S, Salvaterra, R.; Chincarini, G.; The Gamma-Ray Burst Luminosity
Function in the Light of the Swift 2 Year Data
2007A&A...462...73C, Cusumano, G.; Mangano, V.; Chincarini, G.; Panaitescu, A.;
Burrows, D. N.; La Parola, V.; Sakamoto, T.; Campana, S.; Mineo, T.; Tagliaferri, G.; and
23 coauthors; Swift observations of GRB 050904: the most distant cosmic explosion ever
observed
Cosmologia relativistica
S.A. Bonometto
Le attivita' di ricerca di cosmologia e fisica astroparticellare sono state centrate sulla fisica delle
componenti oscure del cosmo, che e' certo uno dei problemi piu' importanti e piu' aperti nella ricerca
contemporanea, forse quello nel cui ambito si prospettano i maggiori sviluppi nei prossimi decenni.
I dati osservativi e sperimentali su cui si e' elaborato negli ultimianni, in questo campo, provengono
principalmente dallo studio del CMB-specialmente per quanto concerne le sue anisotropie e
polarizzazione-, dei campioni profondi di galassie, della struttura e distribuzione degli ammassi di
galassie e dallo studio di candele standard come le SNIa.
Di straordinaria importanza si prospettano invece le analisi dello shear cosmico, in relazione a
esperimenti di weak lensing (WL) tomografico, e ovviamente anche le ricerche sul lensing forte.
In questo campo gli strumenti di ricerca elaborati a Milano-Bicocca sono stati principalmente di
carattere analitico e numerico. Ma la relazione tra aspetti teorico-numerici e sperimentali, in un
campo in rapida evoluzione come questo, e' intensa e necessaria.
Simulazioni N-body
Riandando ai risultati raggiunti in questi anni, un ruolo molto importante e' coperto dalle simulazioni
numeriche n-body.
A questo proposito e' essenziale sottolineare che altri centri internazionali dispongono delle
capacita' numeriche per sviluppare codici e gestire simulazioni basate su RAM e velocita' elevate.
I nostri riaultati non si caratterizzano quindi per trovarsi alla frontiera nelle capacita' di calcolo, ma
per l'originalita' e la novita' delle idee-guida.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
In particolare si sono realizzate a Milano-Bicocca le prime simulazioni n-body con DE dinamica e le
(sinora) uniche simulazioni con DE e DM accoppiate. Sara' illustrata in calce l'importanza di queste
simulazioni al fine di condurre in porto progetti di vasto respiro sperimentale. Per brevita' saranno
tralasciati qui irisulattai ottenuti in dettaglio e il relatiovo impatto suvarie problematiche, come
l'evoluzione della funzione di massadegli ammassi e dei gruppi, l'abbondanza di satelliti di
piccolascala, la formazione di oggetti primevi.
Queste ricerche sono state condotte anche in collaborazione con vari gruppi internazionali.
Ricordo in particolare le collaborazioni con A.Klypin (NMSU), J.Primack (UCSC), S.Gottloeber
(AIP).
Un contributo essenziale al raggiungimento di questi risultati e' anche stato dato da giovani
collaboratori, taluni dei quali hanno poi trovato una posizione in altre istituzioni internazionali.
Ricordo in particolare Andrea Maccio' (MPIA, Heidelberg) e Roberto Mainini (Oslo).
* Analisi di dati CMB *
Anche in collaborazione col "gruppo radio" locale, si sono portate avanti ricerche in preparazione
dell'analisi di dati di anisotropia e polarizzazione del CMB. Ricordo a questo proposito la
partecipazione al progetto SPOrt, inopportunamente interrotto, e la partecipazione alla
preparazione dell'esperimento BPol, nel cui ambito e' attiva una collaborazione, quidata da
deBernardis, che vede MIB collaborare con varie istituzioni, tra cui quelle di PD, TS, etc.
Anche in questo campo un contributo essenziale e' stato dato da giovani ricercatori, ricordo in
particolare Loris Colombo, attualmente a USC, dove collabora con la prof. Elena Pierpaoli.
* Modelli delle componenti oscure *
Nell'ambito della ricerca qui condotta si e' anche approfondita l'analisi teorica delle componenti
oscure. In particolare si e' proposto e analizzato un modello che generalizza l'idea di DM dovuta
ad assioni a suggerisce che lo stesso campo scalare che permette di risolvere il problema della
CP forte, dia luogo sia a DM (con le sue oscillazioni angolari) che a DE, col suo lento moto radiale.
Il modello, che conduce a DM e DE accoppiate, ha avuto vasta risonanza internazionale, anche se
i dati piu' recenti sembrano contraddire alcune sue previsioni, nella forma attuale.
Non va dimenticato il contributo dato in questo campo da RobertoMainini.
* Inserimento in progetti sperimentali *
Negli ultimi mesi ha avuto particolare risonanza il call per i piccoli progetti ESA. In questo contesto
abbiamo partecipato al lavoro preparatorio sia per BPol che per DUNE.
Com'e' noto, DUNE e' tra i progetti approvati da ESA, col suggerimento di "merging" con SPACE.
Infatti entrambi i progetti mirano alla messa in orbita di un satellite con determinate caratteristiche
e la dialettica ora in corso mira a portare le specifiche dello strumento a meglio coprire le esigenze
del progetto DUNE o del progetto SPACE.
In quest'ambito stiamo collaborando con Luca Amendola e Roberto Scaramella, fornendo
materiale da usare nelle discussioni in progress, al fine di stabilire se e fino a che punto dati
ricavabili da campioni profondi in IR e/o dalle SN e/o da WL, saranno di maggiore significanza per
individuare l'equazione di stato della DE.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Al fine della preparazione e dell'analisi di questi esperimenti risultano necessarie la preparazione
di codici n-body ed idrodinamici
evoluti, che siano in grado di prevedere il comportamento di modelli
in cui la DE assuma le varie forme prospettabili a livello teorico.
E' con un certo disappunto che debbo notare come le capacita' maturate
in questo campo da MIB siano andate parzialmente disperse, vista
l'indisponibilita' di risorse atte a trovare sinora collocamento a
giovani, ed oggi altri gruppi mirino a ricostruire quegli stessi
algoritmi che noi abbiamo messi all'opera negli ultimi 3-5 anni.
In parallelo credo importante sottolineare il contributo che stanno dando in quest'ambito Giuseppe
La Vacca (dottorando di PV, membro della Sez INFN di MIB) e Luciano Casarini (AdR di MIB)
sebbene si tratti di ragazzi molto giovani che necessiterebbero della collaborazione anche con
personale di eta' intermedia.
* Finanziamenti e collaborazioni *
Gran parte delle risorse su cui si sono basate sinora le suddette ricerche sono state generate
nell'ambito di un progetto PRIN, di cui sono stati Coordinatori Nazionali, prima Gianluigi Fogli (BA),
poi Antonio Masiero (PD).
Le ricerche stesse sono anche finanziate da INFN, nell'ambito della attivita' del GIV, tramite l'IS
FA51.
In entrambe le collaborazioni sono presenti gruppi di Padova, Torino, Trieste, Napoli-Salerno, Bari,
Ferrara, LNGS, OssAs Roma, etc.
Inoltre e' gia' attivo il canale di finanziamento legato al progetto COFIS di ASI e si prospetta a
breve un finanziamento in relazione lla partecipazione al progetto DUNE.
Il gruppo e' anche inserito nella attivita' astroparticellari di ISAPP e IDAPP, guidate da Gianpaolo
Bellini e Gianni Fiorentini, per cui diamo il ns contributo alla preparazione di scuole di dottorato
europee e all'internazionalizzazione del dottorato in fisica e astronomia di MIB.
* Alcune prospettive tecniche *
Vanno sottolineate qui le potenzialita' legate a una piu' fattiva collaborazione al progetto DUNESPACE ora EUCLID, da cui e' ragionevole attendersi a breve la possibilita' di accendere posti di
dottorato e borse post-doc a quotazioni internazionali.
Tutto cio' non puo' peraltro venire da solo; si richiedono urgentemente nuove risorse a l'arrivo di
nuova forza lavoro.
Pubblicazioni
1. Luca Vergani, Loris P.L. Colombo, Giuseppe La Vacca, Silvio A. Bonometto;
arXiv:0804.0285, submitted to Astroph.J.
{Dark Matter-Dark Energy coupling biasing parameter estimates from CMB data}
2. Giuseppe La Vacca & Loris Colombo; JCAP 04 (2008) 007
{Gravitational Lensing Constraints on Dynamical and Coupled Dark Energy}
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
3. Silvio Bonometto, Roberto Mainini; proceedings of PASCOS 2007, 2-7
July, London {Suppression of Meszaros' Effect in coupled DE}
4. Mainini Roberto, Silvio Bonometto; JCAP 09, 017 (2007). { Dark
Matter & Dark Energy from a single scalar field: CMB spectrum and
matter transfer function}
5. Roberto Mainini, Silvio Bonometto, JCAP 06 (2007) 30
{Limits on coupling between dark components}The
6. Silvio A. Bonometto, Luciano Casarini, Loris P.L. Colombo, Roberto
Mainini; arXiv:0612672 { Cosmologies with dynamical and coupled Dark
Energy vs. CMB data}
7. Roberto Mainini, Loris Colombo, Silvio Bonometto; Proceeding of
the workshop dsu2006, "The Dark Side of th Universe", Madrid, June
20-24, 2006 {Dark Matter, Dark Energy and the solution of the strong
CP problem}
8. S.A. Bonometto, R. Mainini, L.P.L. Colombo; Proceedings of the
workshop dsu2006, "The dark side of the Universe", Madrid, June 20-24,
2006, {The Dark Side and its Nature}
9. Giandomenico Sassi, Silvio Bonometto, New Astron. 12 (2007) 353-355
{Tracking through equality}
10. Roberto Mainini, Silvio Bonometto; Phys.Rev. D74 (2006) 043504
{Mass functions in coupled Dark Energy models}
4) Galassie e Oggetti Compatti
a) Giuseppe Gavazzi
- 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
Ricerche in corso:
a) Nel 2007 sono proseguite le campagne osservative fotometriche e spettrofotometriche (di
respiro decennale) di un campione di circa 3000 galassie nell'ammasso della Vergine e nella
regione del super-ammasso di Coma. La fotometria è stata effettuata nel lontano infrarosso
(polveri), nel vicino infrarosso (stelle vecchie), nelle bande visibili (B e V) e nella riga di Balmer
H_alpha (stelle giovani).La spettrofotometria copre il visibile da 3500 a 7000 Angstrom. Dalle
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
osservazioni fotometriche sono ricavati i parametri strutturali che permettono di effettuare una
classificazione oggettiva delle galassie (ad es. raggio effettivo, brillanza superficiale, indice di
concentrazione della luce). Tali studi cercano di porre dei vincoli osservativi alle teorie di
formazione delle galassie, con particolare attenzione alle galassie nane.
b) Determinazione della storia di formazione stellare: i modelli di sintesi di popolazione
stellare permettono di generare distribuzioni spettrali di energia di popolazioni stellari di età nota.
Confrontando queste con i dati osservativi si procede alla 'datazione' delle popolazioni medie delle
galassie. Più precisamente, questo metodo consente di verificare quale storia di formazione
stellare sia consistente con i dati osservativi. Galassie ellittiche giganti sono consistenti con un
unico evento di formazione stellare avvenuto una decina di miliardi di anni fa. Al contrario, le
galassie a spirale e le irregolari mostrano eventi di formazione stellare diluiti nel tempo. Queste
indagini hanno un’ovvia ricaduta cosmologica in quanto permettono di verificare se gli attuali
modelli di formazione ed evoluzione delle galassie sono coerenti con la storia di formazione
stellare delle galassie locali.
c) Influenza dell'ambiente: il confronto tra dati osservativi di galassie d'ammasso e isolate
permette di studiare l'influenza dell'ambiente sulla storia evolutiva delle galassie, analizzando il
loro contenuto gassoso e la loro attività di formazione stellare. Le interazioni mareali con le altre
galassie dell'ammasso e la pressione esercitata dal gas denso e caldo intrappolato nella buca di
potenziale degli ammassi diminuiscono il contenuto di gas neutro delle galassie, riducendone
l'attività di formazione stellare. Tuttavia non è ancora chiaro se questi processi portino
esclusivamente ad una monotona decrescita della formazione stellare o se siano anche in grado
di accendere dei brevi 'burst' di formazione di nuove stelle. Recenti osservazioni sembrano
avvallare la seconda ipotesi, ma ulteriori indagini sono in svolgimento per poter far luce sul reale
ruolo svolto dall'ambiente sull'evoluzione delle galassie d'ammasso.
L'AMMASSO DELLA VERGINE grazie alla sua vicinanza, costituisce il laboratorio ideale per
verificare gli scenari di cui al punto c), soprattutto per quanto riguarda le galassie nane. G.
Gavazzi e' membro di diverse collaborazioni internazionali che si prefiggono di far compiere alla
nostra conoscenza dell'ammasso della Vergine un salto di qualita'. Dal 2005 fa parte di ALFALFA
(P.I. R. Giovanelli) che sta completando con il radiotelescopio di Arecibo la prima survey a 21 cm
di 7000 gradi quadrati di cielo dell'emisfero settentrionale, fornendo il primo censimento completo
dell'idrogeno atomico nell'ammasso.
Dal 2007 e' membro di NGVS (Next Generation Virgo Cluster Survey) (PI L. Ferrarese) che
ha in programma di osservare in 5 anni e in 5 bande ottiche l'intero ammasso col telescopio CFHT
di 3.6m. G. Gavazzi ha altresi' accesso alla survey infrarossa UKIDSS di Virgo, condotta con il
telescopio UKIRT di 3.6m, ed e' cofirmatario del Herschel open time proposal ''Herschel Virgo
Cluster Survey'' (PI J. Davies) al quale sono state allocate 286 ore di osservazione col satellite
infrarosso Herschel di cui e' imminente il lancio.
Collaborazioni:
IASF/INAF Milano
Laboratoire de Astrophysique de Marseille, France
NRC Herzberg Institute of Astrophysics, Canada
University of Cardiff, England
Cornell University, USA
Pubblicazioni
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
1. G. Trinchieri, L. Giordano, L. Cortese, A. Wolter, M. Colpi, G. Gavazzi, L. Mayer “THE TRAIL OF
DISCRETE X-RAY SOURCES IN THE EARLY-TYPE GALAXY NGC 4261: ANISOTROPY IN THE
GLOBULAR CLUSTER DISTRIBUTION”
2. Decarli, R., Gavazzi G., Arosio, I., Cortese L. , Boselli A., Bonfanti, C., Colpi, M.,
"The census of nuclear activity of late-type galaxies in the Virgo cluster"
2007, MNRAS, 381, 136.
3. S. di Serego Alighieri, G. Gavazzi, C. Giovanardi, R. Giovanelli, M. Grossi, M. P. Haynes, B. R.
Kent, R. A. Koopmann, S. Pellegrini, M. Scodeggio, G. Trinchieri,
The HI content of Early-Type Galaxies from the ALFALFA survey I. Catalogued HI sources in the
Virgo cluster, 2007, A&A, 474, 851.
b) Monica Colpi
- Stelle di neutroni: interpretazione della fenomenologia (pulsar, AXPs, magnetar)
- Sorgenti ULX
- Dinamica di buchi neri di massa intermedia in ammassi globulari
- Dinamica di buchi neri supermassivi in galassie in interazione: simulazioni SPH/N-body
- Fenomeni dinamici in galassie in interazione
- Astrofisica con LISA
Ricerche in corso:
Nell'anno 2007 la ricerca si è sviluppata principalmente lungo tematiche riguardanti (i) lo studio di
fenomeni dinamici in ambito stellare ed in ambito cosmologico; (ii) studio di emissione di alta
energia da sorgenti X compatte:
a) La dinamica di pulsar e buchi neri in ammassi globulari
b) Studio di sorgenti X ultraluminose in galassie in interazione (Cartwheel)
c) Studio dell'evoluzione dinamica di buchi neri supermassivi in ambito cosmologico
d) Buchi neri e il progetto LISA per la rivelazione di onde gravitazionali
Book:
Physics of Relativistic Objects in Compact Binaries: From Birth to Coalescence
Ed by Colpi
Springer Verlag
Organizzazione Congresso LISA: LISA ASTRO-GR@Como-Milano
Collaborazioni:
Sissa
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Dipartimento di Fisica di Padova
Osservatori Astronomici di Brera, Bologna, Roma
Cornell University
Washington University at Seattle
Institut of Astrophysics at Potsdam, Berlin
University of Zurich
ETH, Zurich
Pubblicazioni con Referee
1.Decarli, R.; Gavazzi, G.; Arosio, I.; Cortese, L.; Boselli, A.; Bonfanti, C.; Colpi, M.
The census of nuclear activity of late-type galaxies in the Virgo cluster, MNRAS 2007,
381,136
2.Devecchi, B.; Colpi, M.; Mapelli, M.; Possenti, A.
Millisecond pulsars around intermediate-mass black holes in globular clusters, MNRAS,
2007, 380, 961
3. Dotti, M.; Colpi, M.; Haardt, F.; Mayer, L.
Supermassive black hole binaries in gaseous and stellar circumnuclear discs: orbital
dynamics and gas accretion, MNRAS, 2007, 379, 956
4. Mayer, L.; Kazantzidis, S.; Madau, P.; Colpi, M.; Quinn, T.; Wadsley, J.
Rapid Formation of Supermassive Black Hole Binaries in Galaxy Mergers with Gas,
SCIENCE, 2007, 316, 1874
5) Relativita' generale e Astrofisica
Giandomenico Sassi
1. Metrica di Kerr per lo studio di oggetti astrofisici
2. Effetti estremi all'orizzonte dei buchi neri come possibile sorgente dei GRB's
3. Modifica delle geodetiche del collasso gravitazionale con introduzione del CMB nella metrica di
Schwarzschild
Pubblicazioni: G.D. Sassi, S.A. Bonometto – NewAstr. 12, 353 (2007)
(Tracking through equality)
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
PLASMI
Personale
Prof. Marcello Fontanesi
Prof. Giuseppe Gorini
Prof. Claudia Riccardi
Dr. Ruggero Barni
Dr. Eduardo Roman
Sig. Moreno Piselli
Sig. Alessandro Mietner
Sig. Giovanni Posadinu
Dr. Marco Tardocchi
Dr. Fabrizio Croccolo
Dr. Enrico Perelli Cippo
Dr. Roberta Cattaneo Trissino da Lodi
Dr. Stefano Zanini
Dr. Massimo Montalti
Dr. Riccardo Siliprandi
Dr. Simone Magni
Dr. Roberto Ziano
Dr. Marco Colombo
Dr. Igor Proverbio
Dr. Flora Ognissanto
Dr. Elisa Grimoldi
Dr. Marco Mancin
Dr. Paola Esena
Dr. Claudia Colombo
professore ordinario Unimib
professore associato Unimib
professore associato Unimib
ricercatore Unimib
ricercatore a tempo determinato Unimib
tecnico universitario Unimib
tecnico universitario Unimib
amministrazione, collaboratore Unimib
ricercatore CNR-INFM con comando presso CNISM
collaboratore di ricerca Unimib
collaboratore di ricerca Unimib
collaboratore di ricerca Unimib
collaboratore di ricerca Unimib
collaboratore di ricerca Unimib
dottorando in Fisica
dottorando in Scienze dei Materiali in cotutela
dottorando in Fisica
dottorando in Fisica
dottorando in Fisica
dottorando in Fisica
collaboratore Unimib
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. Claudia Riccardi
Coordinatrice della Laurea Triennale in Fisica
Membro eletto della Giunta di Dipartimento.
Responsabile scientifico del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Membro della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano Bicocca
Membro della Commissione Brevetti e Spin-Off dell’Università di Milano Bicocca
Adjunct professor at the University of Tromso (Norvegia)
- Prof. Giuseppe Gorini
Coordinatore del progetto europeo Ancient Charm
Coordinatore di Facoltà del programma Socrates.
Membro della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano Bicocca
Collaboratore scientifico dell’Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola” del CNR
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) Plasmi per la fusione termonucleare e spettroscopia neutronica:
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 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 denominato MPR (magnetic proton recoil spectrometer) è in uso dal 1996, e ha
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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. Tali spettrometri, basati su
scintillatori inorganici veloci, si propongono di migliorare i sistemi esistenti attualmente al JET sotto
il punto di vista dell’efficienza di rivelazione, della risoluzione energetica e della capacità conteggio.
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 finanziati dalla
Commissione Europea. Il primo, denominato TECHNI, ha portato allo sviluppo di un rivelatore di
neutroni epitermici di nuova concezione denominato rivelatore risonante. Il secondo progetto, che
si è concluso nell’autunno del 2008, è denominato e.VERDI. Tra gli obiettivi raggiunti in questo
progetto vi è la realizzazione di un rivelatore risonante di neutroni epitermici per diffusione a piccoli
angoli. Il rivelatore, denominato VLAD, è stato inaugurato nel dicembre 2005 presso la sorgente di
neutroni ISIS. Con VLAD si può accedere ad una regione dello spazio dei parametri di diffusione
(energia ed impulso trasferiti) del tutto nuova con promettenti applicazioni quali lo studio delle
relazioni di dispersione nei materiali magnetici.
5) E’ infine di recente approvazione il progetto Ancient Charm. 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 utilizzeranno le
risonanze neutroniche per determinare la mappa tridimensionale della composizione elementare di
oggetti di interesse archeologico o artistico. Il progetto è attualmente al suo secondo anno di vita.
Le competenze di Milano-Bicocca sono, oltre al coordinamento dell’intero progettto, nella
simulazione e progettazione dei nuovi sistemi d rivelazione.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Laboratori
CENTRO PLASMAPROMETEO
Il Centro dispone di sei laboratori attrezzati presso l’edificio U9 (viale dell’Innovazione, 10) e di tre
laboratori presso l’edificio U2 (piazza della Scienza, 3). Il centro è attrezzato con reattori a plasma
sia su scala pre-industriale che di laboratorio con sorgenti a pressione atmosferica e a bassa
pressione. Il laboratorio è dotato anche di strumentazione per la caratterizzazione delle
modificazioni superficiali.
- Laboratorio Trasferimento Tecnologico(U9-S11)
E’ dotato di due macchine su scala semi-industriale per la produzione di un plasma a bassa
pressione e a pressione atmosferica. La prima macchina è stata realizzata nell’ambito del progetto
europeo Craft PlasmaLeather per il trattamento a plasma di materiali conciari. La seconda
nell’ambito di un progetto cofinanziato dalla Regione Lombardia per 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.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Macchina Thorello
- Laboratorio Processi a Plasma (U9-S3)
E’ dotato di reattori a plasma su scala di laboratorio per lo studio di processi di deposizione
a plasma di film sottili o di nanopolveri. E’ dotato di un reattore con sorgente a
radiofrequenza ad accoppiamento risonante e di un reattore con accoppiamento induttivo
per la produzione di plasmi contenenti polveri operante sotto cappa chimica.
Reattore con sorgente risonante COPRA
- Laboratorio Plasmi atmosferici (U9-S2)
Il laboratorio è attrezzato con reattori a plasma a pressione atmosferica. E’ dotato di una macchina
per la produzione del plasma in una miscela di gas e vapori ad alta pressione CORONA (Dielectric
Barrier Discharge) e di un reattore per la produzione di un getto di plasma (plasma Jet)
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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
- Laboratorio Materiali (U9-S7)
Il laboratorio è dotato di un microscopio a forza atomica (AFM) per la caratterizzazione della
morfologia e delle proprietà superficiali su scala nanometrica.
Stazione per la microscopia a forza atomica (AFM)
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
- Laboratorio FIB/SEM (U9-S8)
Il laboratorio è attrezzato per ospitare uno strumento per la spettroscopia FIB/SEM (Focused Ion
Beam e Scanning Electron Microscopy) che permette la ricostruzione della composizione e della
morfologia di film sottili depositati su materiali che è stato acquistato con un finanziamento per le
“Grandi Attrezzature” della Facoltà di Scienze.
Microscopio FIB/SEM con immagine delle fibre trattate a plasma
- Laboratorio Ottica (U9-S13)
Il laboratorio è dedicato all’ottica con un sistema laser per la diagnostica dei plasmi contenenti
nanoparticelle con metodi di interferometria ottica.
Spot laser di un campione trattato a plasma con deposizione di film
- Laboratorio Didattico (U2-2023)
Il laboratorio è attrezzato con un reattore per la studio dei plasmi magnetizzati, di una camera da
vuoto con gruppo di pompaggio e della strumentazione per la realizzazione di esperimenti sulla
propagazione di microonde e sulla caratterizzazione di scariche a bagliore (glow discharges).
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Scariche a bagliore in diverse miscele gassose
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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)
Joint European Torus, (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)
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Pubblicazioni e brevetti
1) “Experimental study of hydrophobic/hydrophilic transition in SF6 plasma interaction with polymer
surfaces"
R.Barni, S.Zanini, D. Beretta, C.Riccardi
European Physical Journal - Applied Physics 38, 263-268 (2007).
2) “Polyethylene Glycol grafting on Polypropylene membranes for anti-fouling properties”,
S.Zanini, M.Muller, C.Riccardi, M.Orlandi
Plasma Chemistry and Plasma Processing 27, 446-457 (2007).
3) “Diagnostics of RF reactive plasmas”
R.Barni, S.Zanini, C.Riccardi
Vacuum 82, 217-219 (2007).
4) “Characterisation of SiOxCyHz thin films deposited by low temperature PECVD”
S.Zanini, C.Riccardi, M.Orlandi, E.Grimoldi
Vacuum 82, 290-293 (2007).
5) “Plasma processing for surface optical modification of PET films”,
P.Esena, S.Zanini, C.Riccardi
Vacuum 82, 232-235 (2007).
6) “FIB/SEM characterization of carbon-based fibers”,
S. Magni, M. Milani, C. Riccardi, F. Tatti,
Scanning 29, 185-195 (2007).
7) "Anomalous fluctuations in the simple magnetized plasma devices Thorello and Blaamann",
C.Riccardi, R.Barni, H.E.Roman, A.Fredriksen
Chapter in "Anomalous Fluctuations Phenomena in Complex Systems: Plasmas, Fluids and
Financial Markets", C.Riccardi and H.E.Roman Eds. - Transworld Research Network - Kerala India
(2007) [ISBN:978-81-7895-297-0]
8) "Anomalous transport in turbulent magnetized plasmas through fluctuating ExB drift",
R.Barni, C.Riccardi, T.Pierre
Chapter in "Anomalous Fluctuations Phenomena in Complex Systems: Plasmas, Fluids and
Financial Markets", C.Riccardi and H.E.Roman Eds. - Transworld Research Network - Kerala India
(2007) [ISBN:978-81-7895-297-0]
9) “Atmospheric pressure plasma deposition of organosilicon thin films”
R.Siliprandi, R.Barni, S.Zanini, C.Riccardi
in Proceedings of the 3rd International Congress on Cold Atmospheric Pressure Plasmas: Sources
and Applications, p.151-154 (2007).
10) “Statistical characterization of atmospheric pressure dielectric barrier discharge”
R.Siliprandi, H.E.Roman, R.Barni, C.Riccardi
in Proceedings of the 3rd International Congress on Cold Atmospheric Pressure Plasmas: Sources
and Applications, p.155-158 (2007).
11) “Mirror effect with a focused ion beam microscope”
F.Croccolo, M.Milani, C.Riccardi
Pagina 41 di 71
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
in Proceedings of the 8th Multinational Congress on Microscopy, M1-3 (2007). [ISBN 978-80-2399397-4 ]
12) “A New Hardware/Software Platform and a New 1/E Neutron Source for Soft Error Studies:
Testing FPGAs at the ISIS Facility”
M. Violante, L. Sterpone, A. Manuzzato, S. Gerardin, P. Rech, M. Bagatin, A. Paccagnella, C.
Andreani, G. Gorini, A. Pietropaolo, G. Cardarilli, S. Pontarelli, and C. Frost
IEEE Transactions on Nuclear Science 54, 1184-1189 (2007)
13) “Ancient Charm: A research project for neutron-based investigation of cultural-heritage objects”
G. Gorini,
Il Nuovo Cimento C 30, 47-58 (2007).
b1) “Metodo di lavorazione a plasma atmosferico per il trattamento dei materiali”
inventori: C.Riccardi, P.Esena, R.Barni, R.Siliprandi
Domanda brevetto italiano MI-2007A000350 del 23-2-2007, autorizzata l’estensione all’estero
(PCT) il 7/2/2008.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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. Cofinanziamento Regione Lombardia per la Promozione dell’ Eccellenza nei Meta-distretti
Industriali della Lombardia, Progetto “NOBILITAS CORI” Rete di Eccellenza per l’uso della pelle nel
mondo della moda, progetto per la realizzazione di una sorgente a plasma per il trattamento delle
pelli per impartire effetti decorativi.
Responsabile Prof. C.Riccardi, 200 kEuro
3. Cofinanziamento Regione Lombardia per la Promozione dell’ Eccellenza nei Meta-distretti
Industriali della Lombardia, Progetto “Trattamento al plasma dei materiali tessili: sviluppo di un
processo e di un impianto per il trattamento a plasma di materiali tessili”, progetto per lo sviluppo di
un prototipo per il tessile.
Responsabile Prof. C.Riccardi, 200 kEuro
4. Progetto Europeo Craft "MESH: Integrated Wastewater Treatment Process using Mesh Filter
Modules for Direct Activated Sludge Separation ", COOP-CT-2006-033049, 2006- 2008.
Responsabile locale Prof. C.Riccardi, 100 kEuro.
5. Cofinanziamento Regione Lombardia, progetto FESR, Misura 1.9 Animazione Economica.
Titolo: TIMaT Tecnologie Innovative per i Materiali Tessili
Responsabile Prof. C.Riccardi, 100 kEuro
6. Cofinanziamento Regione Lombardia, progetto FESR, Misura 1.9 Animazione Economica. Titolo:
Network Permanente per l’Innovazione e il trasferimento tecnologico nei settori cartario e
cartotecnico NePI”
Coordinatore del progetto: Unimib, responsabile Prof. C.Riccardi, 100 kEuro
7. Ministero per l’Università e la Ricerca, Fondo Giovani, Finanziamento di una borsa di dottorato di
ricerca in Fisica e Astronomia nel settore: Nuove applicazioni dell’industria biomedicale. Tutore:
Prof. C.Riccardi.
8. 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.
9. Accordo di collaborazione con il Lithuanian Energy Institute (LEI) di Kaunas. L’accordo prevede
una collaborazione di ricerca quinquennale nell’ambito “Plasma research and technology”.
L’accordo prevede attività di ricerca congiunte, riguardanti lo studio, la caratterizzazione e
l’applicazione di processi di deposizione di ossido di titanio. Responsabile scientifico: Prof.
Riccardi.
10. Fondo di ateneo per la ricerca, Progetti di ricerca 2007
Titolo: Fisica e diagnostica dei plasmi
Responsabile Prof. M. Fontanesi, 15 keuro
11. Progetto Eurepeo “Ancient Charm”, sviluppo di nuove tecniche di indagine dei Beni Culturali
mediante neutroni, Contratto UE approvato 01/2006:
Coordinatore Prof. G.Gorini, 1.916.000 € complessivi, 350.000 € Dip. Fisica.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
12. tramite IFP-CNR, Contratto JET-EP2 (01/10/2005-31/12/2008) per la spettroscopia gamma dei
plasmi termonucleari:
Project leader Prof. G.Gorini, 500.000 € complessivi.
13. Ministero per il Commercio Internazionale, Cofinanziamento di studi di fattibilità dell’Istituto
Nazionale per il Commercio Estero ICE, Misura B, prot. B54 del 3/8/07, “Nanotechnologies for new
properties of silk”, in collaborazione con il Fast Neutron Research Facility (FNRF), Department of
Physics, Chiang Mai University
per la modificazione permanente dei materiali serici per impartire proprietà di idrorepellenza e
antibatteriche con trattamenti a plasma di gas fluorurati e di silossani. Responsabile scientifico: Prof.
C.Riccardi, Importo: € 90.000.
14. Fondazione Cariplo - BANDO FONDAZIONECARIPLO 2006, progetto 2006.0679/10.6492,
“Processi di funzionalizzazione di polimeri per la modifica della biocompatibilità e dell’adesione di
proteine” con Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze
UNIMIB e Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica UNIMI. Progetto per lo sviluppo di
nuove tecnologie per migliorare le caratteristiche di biocompatibilità e di filtrazione dei materiali
polimerici utilizzati nel settore del biomedicale e della microfiltrazione.
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi, Importo: € 210.000
15. 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
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi
16. Progetto Giovani-2005 del Consiglio Nazionale delle Ricerche, prot. 1157/817.
Titolo: “Analisi economico-tecnologico-organizzativa del settore serico comasco: studio per la
creazione di un network permanente per l’innovazione a support della competitività nei mercati
globali”
Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi, Importo: € 11.600
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
LASER E PLASMI
Personale
Batani Dimitri
Lucchini Gianni
Galassi Galassi
Benocci Roberto
Dezulian Riccardo
Redaelli Renato
Stabile Helisa
Manclossi Mauro
Canova Federico
Desai Tara
Kumar Uday
Venkatakrishnan Narayanan
Aboutrab Aliverdiev
Levchenkho Alexey
Chernomyrdin Vassilij
Vovchenkho Vladimir
Stuchebryukhov Igor
Flacco Alessandro
Professore Associato
Ricercatore
Tecnico Laureato
Tecnico
Dottorando
Dottorando
Dottoranda in cotutela - CEA Saclay, Francia
Dottorando in cotutela - Ecole Polytechnique, Francia
Dottorando in cotutela - Ecole Polytechnique, Francia
Visiting Researcher - NRIAM, Bangalore, India
Borsista MIUR giovani ricercatori indiani 2005
Borsista MIUR giovani ricercatori indiani 2005
Visiting Researcher - RAS, Dagesthan, Russia
Visiting Researcher - Lebedev Institute, Mosca, Russia
Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia
Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia
Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia
Collaboratore esterno - Dottorando Unimi
Attività organizzativa e di coordinamento
Incarichi interni all'Università:
- Prof. Dimitri Batani:
Responsabile Socrates/Erasmus per i Corsi di laurea in Fisica e in Ottica ed Optometria
Componente della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano - Bicocca
Tecnico Sicurezza Laser nominato dal Rettore
- Dr. Gianni Lucchini:
Componente della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano - Bicocca
Altri incarichi:
- Prof. Dimitri Batani
. Rappresentante degli Utenti nella Infrastruttura Europea LaserLAB (6° Programma
Quadro)
. Vice chairman dell’azione COST P14 “ULTRA”
. Componente eletto del Board della Divisione di Fisica dei Plasmi della European
Physical Society (EPS)
. Componente del Comitato Scientifico Internazionale della Central laser facility del
Rutherford Appleton laboratory (UK)
. Coordinatore internazionale del progetto INTAS 01-846 “Laser-driven shock tube for generation of
hypersonic gas flows and investigation of hydrodynamic instabilities at contact interfaces”
. Referee per Ie riviste scientifiche: Physical Review Letters, Physical Review, Physics of Plasmas,
European Physical Journal, Laser and Particle Beams, Optics Communications, Journal of Physics,
Physica Scripta, Laser and Particle Beams
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
. Referee di progetti per organizzazioni scientifiche internazionali (INTAS, ESF, Accademia delle
Scienze Ceca, Consiglio delle Ricerche di Israele, Accademia delle Scienze Serba) e per Grandi
Infrastrutture Europee (LASERLAB)
Ricerca
Il gruppo fa parte della linea “Fisica dei Plasmi” operante presso il Dipartimento di Fisica
“G. Occhialini” e si occupa in particolare di plasmi prodotti da laser, di sviluppo e applicazione di
sistemi laser, di applicazioni dei plasmi anche a livello industriale.Le attività sperimentali sono
condotte sia presso grandi facility laser europee, sia presso la nostra università, dove ruotano
attorno a due laboratori laser (rispettivamente posti al piano +2 ed al piano interrato –2 del
Dipartimento di Fisica, edificio U2) e presso il Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma
(LAIP), sito al piano +2.Le attività svolte presso i laboratori europei (Large Facilities) riguardano da
una parte le interazioni laser materia in regime relativistico e dall’altra lo studio dell’idrodinamica di
plasmi prodotti da laser, delle onde d’urto (shock) prodotte da laser e la fisica dei materiali a
fortissime pressioni.
a) Idrodinamica in plasmi prodotti da laser, shock e fisica dei materiali a fortissime pressioni
Nelle interazioni laser-plasmi si possono produrre e studiare onde d'urto, utilizzarle per
comprimere materiali a pressione dei Megabar e studiarne le caratteristiche fisiche. Gli stati della
materia che è possibile ottenere corrispondono a plasmi non ideali fortemente correlati e
parzialmente degeneri. Tali stati sono d’interesse sia per la fusione a confinamento inerziale (ICF)
sia per la planetologia e l’astrofisica. Le attività sperimentali sono condotte principalmente in
collaborazione con il laboratorio LULI dell’Ecole Polytechnique di Parigi e con il laboratorio PALS di
Praga. Come mostrato nel grafico successivo (Batani et al., Physical Review Letters, 2004) si tratta
dei primi punti in assoluto nel range di pressioni 8 - 15 Mbar (tali punti mostrano inoltre una
deviazione dai modelli teorici oggi disponibili).
Tutti i punti sperimentali esistenti relativi al carbonio a pressioni superiori ad 1
Mbar. I punti in rosa e in nero sono quelli ottenuti dal nostro gruppo
b) Interazione laser materia in regime relativistico
Il nostro gruppo è impegnato nello studio delle interazioni laser-plasmi in regime
relativistico e nell’applicazione di tali studi allo schema di "ignizione rapida" per la fusione a
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
confinamento inerziale. In particolare, ci siamo dedicati allo studio della propagazione di intense
correnti di elettroni relativistici (superiori al limite di Alfven) nella materia. Tali studi sono condotti
principalmente in collaborazione con due laboratori dell’Ecole Polytechnique di Parigi, il LULI e il
LOA (Laboratoire d’Optique Apliquée). In questo quadro abbiamo inoltre avviato lo studio dei plasmi
prodotti dal laser come sorgenti di protoni e la loro possibile futura applicazione (ad esempio in
adroterapia).
Academy of Sciences Beijing China
Transport of intense Laser-Produced Electron Beams in Matter
We studied the transport of an intense electron beam produced by ultrahigh intensity laser
pulses through metals and insulators. Targets were irradiated at the new 350 TW and 50 fs laser
facility ‘Xtreme Light XL-III’ of the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences in
Beijing. XL-III is a Ti:Sa laser source emitting a wavelenght of 800 nm, focused to intensities on
targets larger than 1018 W/cm2. The main diagnostics consisted in Ka imaging: a spherically bent
crystal imaged the Ka emission from a Cu layer onto a X-ray CCD. Complementary diagnostics
included transversal shadowgraphy and proton emission using Imaging Plates.We irradiated pure
copper targets, and double layer targets made of a first propagation layer of different thickness with
a final 10 µm Cu tracer layer. The propagation layer was either aluminium or plastic. Images of Ka
spots have been collected and studied as a function of target thickness, target material and shot
energy
Rutherford Laboratories – Oxford, UK
Effects of front surface plasma expansion on proton acceleration driven by the Vulcan petawatt
laser
Multi-MeV ion acceleration driven by high power laser irradiation of thin foil targets continues to
attract considerable international interest [1]. At the laser intensities presently available, ions are
accelerated by the Target Normal Sheath Acceleration mechanism [2]. The proton, due to its high
charge-to-mass ratio, is the most efficiently accelerated ion species, and is sourced from
hydrogenated layers on the target surfaces. A number of potential applications, including proton
oncology, radiography, lithography and proton based fast ignition have been suggested for this
novel and potentially compact laser-driven source. The properties of the proton beam are sensitive
not only to the high power laser pulse, but also any prepulses or Amplified Spontaneous Emission
(ASE) at its leading edge. This typically preheats the front surface of the target creating plasma
expansion. In the case of sufficiently thin targets, the rear surface of the target may also be
preheated, which reduces the maximum energy of the accelerated protons [3, 4]. In addition,
Lindau et al. [5] have shown that the direction of the beam of accelerated protons is also sensitive
to the ASE level and timing.
ILE Osaka , Japan
“Study of the transition between solid-insulator to liquid semi-metal in carbon compressed at
megabar pressures by laser driven shocks”.
The Equation of State (EOS) of carbon is very interesting both from the point of view of
material science at extreme pressures, and for its applications in planetology. Our group
recently performed some experiments in this field obtaining new EOS points for carbon in
the Megabar pressure range [1]. The group in ILE has also a strong interest in the sudy of
carbon EOS and carbon metallization at high pressures [2]. Of particular interest is the
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
transition between solid-insulator to liquid semi-metal in carbon compressed at megabar
pressures, which takes place between 1 and 10 Mbar (see below the phase diagram of
carbon according to Grumbach and Martin [3]). In the EOS phase diagram for carbon we
have also drawn two different Hugoniot curves corresponding to the initial densities ρO =
1.6 g/cm 3 and ρO = 1.45 g/cm 3. We used carbon targets with different initial densities and
shoot them so to get pressures in the 1-5 Mbar pressure range in order to investigate the
boundary of the transition between solid-state insulator and liquid semi-metallic state.
LULI – 2 Ecole Polytechnique France
Electron confinement and localized isochoric heating in high-contrast ultra-intense laser
irradiation of sharp micro-cone targets
The creation and study of extreme states of matter, using ultra-intense short pulse lasers, is
important for fundamental research concerning high energy density phenomena, as well as for the
development of intense radiation and particle sources for a variety of applications. For example,
solid density matter heated isochorically to several hundred eV, would be particularly valuable in
determining the equation of state, opacity, and radiation transport in hot ionized matter, having
relevance to stellar astrophysics and inertial fusion. Isochoric heating with lasers is challenging in
large part due to the rapid transport of energetic electrons away from the laser absorption region.
ALISE – CEA CESTA Bordeaux, France
Study of target heating induced by fast electrons in mass limited and foam targets
The study of fast electrons transport and induced target heating is of critical importance for the
achievement of fast ignition. We studyied the induced target heating in two different kind of targets:
mass limited and foam targets. Mass limited targes are very important for the creation of extreme
states of matter heated up to several hundreds of eV and is important for research concerning high
energy density phenomena ( like fast ignition) and for the development of intense radiation and
particle sources.
PALS – Prague, Ceck Republic
Inertial Confinement Fusion driven by lasers requires very high degree of uniformity in the
deposition of laser energy on the target in order to assure both a high degree of compression
and ignition via the formation of a central spark due to the convergence of spherical shock
waves. This requirement finds however a limitation in the finite number of laser beams
(therefore requiring a large number of beams) and in the intensity distribution of each beam,
which may contain "hot spots". Introduction of optical smoothing techniques in the '80s
However, there still remains an issue of non-uniformity at very early times. This has been
called "laser imprint" problem and may severely affect compression uniformity at later times
(and in particular on the development of Rayleigh-Taylor instability) even if optical smoothing
is used. A new approach to the problem of smoothing has been proposed, based on the
interaction of the laser pulse with a low-density gas jet. We performed an experiment by using
the iodine laser of PALS (Prague) in which a non-uniform irradiation was set by splitting the
laser beam in two equal parts with a prism and producing a double spot in the focal plane. By
adjusting the target plane, we could obtain two focal spots with a diameter ≈ 30 µm separated
by ≈ 100 µm, thus producing very-large irradiation non-uniformity, a-priori very difficult to
smooth out. The smoothing efficiency has been measured while changing the gas jet
parameters.
National Institute for Laser, Plasma and radiation Physics, Bucuresti, Romania
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Correlation between plasma parameters, crater characteristics, and thin film performance in PLD
using ns, ps, and fs laser pulses
Our activity was concentrated to the achievement of 2 main objectives, namely:
1. We performed a study of craters developing as a result of high-intensity picosecond
multipulse laser irradiation vs. those formed by nanosecond and femtosecond multipulse
laser irradiation of solid targets (metal oxides or Ca phosphates) used in the PLD of
nanostructured thin films.
2. We focused on the correlation between the evolution of crater features, the parameters of
the plasma initiating and evolving in front of the target surface, and the general
characteristics of nanostructured coatings growing on nearby substrates placed in vacuum
or low-pressure oxigen.
Vinca Institute for Nuclaer Sciences, Belgrade, Serbia
In the recent years Titanium and titanium-based alloys are being extensively used in biomedical
applications. The main applications of titanium and titanium-based alloys implants in medicine due
to their high level of bio-compatibility and bio-integration with human body. They are frequently
used for joint replacement parts for hip, knee, shoulder, spine, wrist, etc. In dental field these
implants can be successfully employed, among other, for replacement of lost teeth. Study of some
of the Titanium-based and Silicon-based targets was taken up in collaboration with Vinca Institute,
Belgrade for the past 4 years and several papers are published from this collaboration.In this work
we studied surface modifications of TiAlN/TiN coating, induced by short laser pulses using our
Nd:YAG laser at 1064 and 532 nm wavelength at 40 ps (FWHM) duration. Some of the
experimental results are shown in the following images.Prof. Biljana Gakovic and Prof. Milan Trtica
have collaborated with our research team.
Russian Academy of Science, Dagesthan, Russia
Analysis of experimental study of laser plasma expansion (produced by high power laser irradiation
(Nd:glass, 2w, ~1014 W/cm2) for various types of target materials) from the collaborative experiment
(realized at the LULI, France). We obtained "high-quality" interferometric data on the evolution of
the plasma electronic profile, which can directly be compared to analytical models and numerical
MULTI hydro code simulations (1D and 2D). For aluminium and plastic targets, the agreement with
1D MULTI hydrocode simulations is excellent, at least for large times > 400 ps. The agreement for
gold targets is not so perfect, which probably implies the need for a better description of LTE and
non-LTE plasma opacities. The typical experimental electron density profiles (solid lines) and the
comparison with 1D multi simulations with (dashed lines, only for Au) and without (dotted lines)
account of radiative transfers.
DANNO GENOTOSSICO PER ESPOSIZIONE A RF
L’obiettivo del progetto è quello di studiare l’insorgenza di danni al DNA provocato da esposizione
a campi elettromagnetici nello spettro delle RF effettuando degli esperimenti in vivo su un
organismo relativamente semplice, il Lombricide Eisenia foetida andrei. Il razionale delle
sperimentazioni è dovuta al fatto che i possibili effetti non termici provocati da RF non sono ancora
ben conosciuti. Negli ultimi decenni, infatti, un numero elevato di risultati ottenuti da numerosi
esperimenti “in vitro” e “in vivo” per determinare l’insorgenza di effetti genotossici si è rivelato
inconcludente o contraddittorio.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
A tale scopo è stata progettata e allestita una guida d’onda aperta TEM (Transverse
ElectroMangetic) in grado di simulare il campo lontano generato da Stazioni Radio Base (SRB),
ampiamente diffuse sul territorio per la comunicazione con cellulare, e da antenne per le
trasmissioni radiotelevisive.
Il test di genotossicità adoperato per quantificare il danno subito dal DNA è il Comet Test, una
tecnica semplice e rapida in grado di identificare rotture alla singola e alla doppia elica del DNA.
Dopo averlo sottoposto ad elettroforesi, il DNA danneggiato e visualizzato al microscopio a
fluorescenza come una cometa la cui coda è direttamente proporzionale al danno.
Studio degli effetti delle microonde (MW) utilizzate nel settore della comunicazione mobile e
cellulare sulle proprietà biochimiche e morfologiche dell'epidermide umana ricostruita (RHE).
Le radiazioni elettromagnetiche presentano nella società moderna una gamma di utilizzi
estremamente ampia, che tocca i più svariati settori. Non sempre, però, l’energia in gioco in tutte
queste applicazioni, una volta emessa dai vari tipi di sorgente, viene completamente utilizzata nello
svolgimento del compito assegnato e, quindi, parte dell’energia si distribuisce nell’ambiente
circostante, innalzando i livelli di esposizione ambientale. L’enorme, rapido sviluppo dei nuovi
sistemi elettrici, elettronici, informatici e di telecomunicazione, in particolare quelli di comunicazione
mobile e cellulare (wireless LAN, telefoni cellulari UMTS, etc.), ha portato a determinare
nell’ambiente urbano livelli di campi elettromagnetici non trascurabili.
Attività svolte nei Laboratori di Milano - Bicocca
Le attività svolte nei laboratori di Milano - Bicocca ruotano attorno ai due Laboratori Laser e
riguardano lo studio dei plasmi prodotti da laser come sorgenti impulsate di radiazione X soffice ed
il loro utilizzo per spettroscopia X, gli studi di ablazione indotta da laser, lo sviluppo di sistemi laser
ed infine alcune applicazioni industriali dei plasmi svolte all’interno del Laboratorio per le
Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP).
LABORATORI
- Laboratorio Laser U2- 2° piano
Il laboratorio ospita un laser Nd:YAG di potenza, capace di impulsi di energia pari a 100
mJ, durata 40 ps e frequenza di ripetizione 10 Hz. L'intensità massima di potenza sui bersagli è pari
a 1014 W/cm2. Il laboratorio è stato inizialmente impiegato principalmente per attività didattiche
avanzate (laboratorio di ottica per gli studenti di fisica del terzo anno). Il laboratorio lavora anche su
programmi di ricerca relativi alle sorgenti di raggi X (in collaborazione con il gruppo di A. Faenov,
Russia) e all’ablazione laser (in collaborazione con il Vinca Institute di Belgrado).
- Laboratorio Laser U2 livello –2 interrato
Il nostro gruppo è impegnato nella realizzazione di un nuovo laboratorio laser di potenza
con lo scopo di realizzare una “facility” laser capace di fornire impulsi ultra-intensi e ultra-veloci (10
J, 1 ps) raggiungendo il regime di potenze dei 10 TW. Tale facility, che sarà aperta ai ricercatori
della nostra e di altre università italiane, costituirà uno dei sistemi laser più potenti presenti sul
territorio nazionale. Con tale sistema sarà possibile avere accesso sperimentale allo studio delle
interazioni laser-plasmi in regime relativistico e studiare i numerosi fenomeni fisici che si presentano
in tale regime, in particolare la possibilità di realizzare sorgenti laser di protoni energetici con
riferimento all’adroterapia.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
- Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP)
Il Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP) attualmente svolge la
propria attività di ricerca e di sviluppo tecnologico nel GRUPPO LASER E PLASMI su temi legati
alle tecnologie del plasma.
In particolare, sono stati affrontati i seguenti temi:
- Torce in corrente continua ad arco non trasferito
- Torce a radiofrequenza
- Torce a microonde
- Fiammatura di materiali lapidei
- Deposizioni mediante Thermal Spray
- Diagnostica calorimetrica
- Alimentatori
Collaborazioni:
INFN sezione di Milano (gruppo coordinato da M. Bonesini)
Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata (Prof. S. Martellucci)
Dipartimento di Ingegneria, Università di Roma La Sapienza (Prof. S. Atzeni)
Dipartimento di Scienze Biologiche e Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica, Università
di Milano (Prof. F. Cotelli, G. Poletti)
IFPC, CNR, Pisa (Prof. A. Giulietti)
Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Bologna (Prof. V. Colombo)
Rutherford Appleton Laboratory, UK
Ecole Polytechnique, Paris, Francia
Laboratorio PALS, Accademia delle Scienze di Praga, Repubblica Ceca
Multicharged Ions Data Center, Mendeleev, Russia
RAS, Russian Academy of Science (Lebedev Institute, General Physical Institute, Dagesthan
Center), Russia
Vinca Institute, Belgrado, Serbia
Laboratori ILE Osaka, Japan
Academy of Science, Beijing, China
Jao Tong University, Shanghai, China
CEA CESTA, Bordeaux, Francia
National Institute for Laser, Plasma and radiation Physics, Bucuresti, Romania
TATA Institute Mumbay, India
Pubblicazioni su rivista scientifica internazionale con referee:
1. C. Marangoni, F.Canova, M. Librizzi, R.Benocci, V.Narayanan, M.Gomareschi,
“Mode-locking optimization with a real-time feedback system in Nd:YLF laser
cavity” Review Scientific Instruments, 78, 013105 (2007)
2. T. Desai, R. Dezulian, and D. Batani, “Radiation effects on the shock propagation in
Aluminum target relevant to EOS measurements” Laser and Particle Beams, Volume 25,
Issue 01, Jan 2007, pp 23-30
3. D.Batani, R.Dezulian, R.Redaelli, R.Benocci, H.Stabile, F.Canova, T.Desai,
4. H.Nishimura “Recent experiments on the hydrodynamics of laser-produced plasmas
conducted at the PALS laboratory” Laser and Particle Beams, Volume 25, Issue 01,
March 2007, pp 127-141
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
5. Marco Bussoli, Dimitri Batani, Tara Desai, Marziale Milani, Milan Trtica, Biljana Gakovic,
Edouard Krousky “Study of Laser Induced Ablation with FIB Devices“ Laser and Particle
Beams, Volume 25, Issue 01, March 2007, pp 121-125
6. J.Abdallah, D.Batani, T.Desai, G.Lucchini, A.Faenov, T.Pikuz and A.Maganov “High
Resoltion X-Ray Emission Spectra From Picosecond Laser Irradiated Germanium
Targets” Laser and Particle Beams, vol. 25, p. 245 (2007)
7. D. Batani, H. Stabile, G. Lucchini, F. Canova, M. Koenig, A. Benuzzi, H.
Präg “High-Pressure Behavior of Carbon by Laser-Generated Shocks” Russian Journal of
Physical Chemistry A, Vol. 81, No. 9, pp. 1360–1364. CONFERENCE: CHEMICAL
THERMODYNAMICS AND THERMOCHEMISTRY (2007)
8. D.Batani, R.Dezulian, H.Stabile, M.Tomasini, G.Lucchini, F.Canova, R.Redaelli,
“High Pressure Laser-Generated Shocks and Application to EOS of Carbon”Journal of
Physics, 71, 012001 (2007)
9. B Gakovic, M Trtica, D Batani, T Desai, P Panjan and D Vasiljevic-Radovic “Surface
modification of titanium nitride film by a picosecond Nd:YAG laser” Journal of Optics A:
Pure and Applied Optics, accepted (Jun 2007)
10. Sophie Baton, Michel Koenig, Perceval Guillou, Berenice Loupias, Alessandra Benuzzi –
Mounaix, Julien Fuchs, Christophe Rousseaux, Laurent Gremillet, Dimitri Batani, Alessio
Morace, Motoaki Nakatsutsumi, Ryosuke Kodama, Yefim Aglitskiy “Relativistic electron
transport and confinement within charge-insulated, mass-limited targets” High Energy
Density Physics, Volume 3, Issues 3-4, October 2007, Pages 358-364
11. M. S. Trtica, B. M. Gakovic, D. Maravic, D. Batani, T. Desai, R. Redaelli “Surface
modifications of crystalline silicon created by high intensity 1064 nm picosecond Nd:YAG
laser pulses” Applied Surface Science 253, 9315–9318 (2007).
12. M.S. Trtica, B.M. Gakovic, B.B. Radak, D. Batani, T. Desai, and M. Bussoli “Periodic
surface structures on crystalline silicon created by 532 nm picosecond Nd:YAG laser
pulses“Applied Surface Science, Volume 254, Issue 5, 30 December 2007, Pages 13771381 (2007).
13. O. Lundh, F. Lindau, A. Persson, C.-G. Wahlström, P. McKenna, D. Batani “Influence of
shock waves on laser-driven proton acceleration”Phys. Rev. E, 76, 026404 (2007)
14. M.Milani, L.Ferraro, F.Causa, D.Batani “Lasing properties and nonlinearities of dyes
under high power pumping” Laser and Particle Beams 25, 1–10 (2007).
15. F.Canova, A.Flacco, L.Canova, R.Clady, R.Benocci, G.Lucchini, D.Batani, E.Lavergne,
G.Dovillaire, X.Levecq “Efficient aberrations pre-compensation and wavefront correction
with a deformable mirror in the middle of a Petawatt-class CPA laser system” Laser and
Particle Beams (2007).
16. J. J. Santos, A. Debayle, Ph. Nicolaï, V. Tikhonchuk, M. Manclossi, D. Batani, A.
Guemnie-Tafo, J. Faure, V. Malka, and J. J. Honrubia “Fast-electron transport and
induced heating in aluminum foils” Phys. Plasmas, 14, 103107 (2007)
Pagina 52 di 71
Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
17. M.Nakatsumi, R.Kodama, D.Batani, Y.Aglitskiy, S.Baton, A.Benuzzi-Mounaix, J.Fuchs,
M.Koenig, Ch.Rousseaux, P.Guillou, B.Loupias, A.Morace, D.Piazza “Anomalous heating
of target rear surface in laser-solid interactions”The Review of Laser Enginnering, The
Laser society of Japan, vol. 35, pp.33-37 (2007)
18. L.A. Gizzi, A. Giulietti, D. Giulietti, P. Koster, L. Labate, T. Levato, F. Zamponi, A. Lubcke,
T. Kampfer, I. Uschmann, E. Forster, A.Antonicci and D.Batani “Observation of electron
transport dynamics in high intensity laser interactions using multi-energy monochromatic
X-ray imaging” Plasma Physics Controlled Fusion, 49 (2007)
19. D. C. Carroll, P. McKenna, O. Lundh, F. Lindau, C.-G. Wahlström, S. Bandyopadhyay,
D.Pepler, D. Neely, S. Kar, P. T. Simpson, K. Markey, M. Zepf, C. Bellei, R. G. Evans, R.
Redaelli, D. Batani, M. H. Xu and Y. T. Li “Active manipulation of the spatial energy
distribution of laser-accelerated proton beams” Phys. Rev. E 76, 065401(R) (2007)
20. D. C. Carroll, P. McKenna, O. Lundh, F. Lindau, C.-G. Wahlström, S. Bandyopadhyay, D.
Pepler, D. Neely, S. Kar, P. T. Simpson, K. Markey, M. Zepf, C. Bellei, R. G. Evans, R.
Redaelli, D. Batani, M. H. Xu, and Y. T. Li “Active manipulation of the spatial energy
distribution of laser-accelerated proton beams” Phys. Rev. E 76, 065401 (2007)
21. A.Aliverdiev, D.Batani, V. Malka, T.Vinci, M.Koenig, A.Benuzzi-Mounaix, R. Dezulian,
About the hydrodynamics of laser-produced plasmas // Proc. of International Conference
“Phase transition, critical and non-linear phenomena in condensed media” Makhachkala,
Russia, 2007, pp. 363-366
Partecipazioni in conferenze scientifiche internazionali :
3rd International Conference on Frontiers of Plasma Physics and Technology - FPPT Bangkok,
Thailand March 2007. Renato Redaelli: “Equation of state data of plastic foams at Mbar pressures”
3rd International Conference on Frontiers of Plasma Physics and Technology - FPPT Bangkok,
Thailand March 2007. Tara Desai: “Laser ablation of muli-layered targets with short laser pulses”
3rd International Conference on Frontiers of Plasma Physics and Technology - FPPT Bangkok,
Thailand March 2007. Dimitri Batani:
“Smoothing of laser energy deposition for Inertial Confinement Fusion”.
5rd Workshop on DIRECT-DRIVE AND FAST IGNITION PHYSICS, April 2-4, 2007. Madrid, Spain,
Roberto Benocci: “Smoothing of laser energy deposition for Inertial Confinement Fusion”
PPLA – 2007, June 14th – 16th, 2007, Scilla, Italy. Roberto Benocci : “Current Advances in
smoothing of laser intensity profile”
PPLA, 14-16 June 2007, Scilla, Italy. Tara Desai: “Laboratory craters and Planetary events”
International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science VI, September 23rd-27th, 2007,
Tirrenia, Italy. Tara Desai: “High Power Laser produced craters and meteorite impacts”
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
AMPL 2007: International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Gas; Tomsk , Russia 8-15
September 2007. Renato Redaelli: “Equation of state data of plastic foams at Mbar pressures:
Recent experimental Results”
International Symposium on Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied for Science, Industry and
Medicine held at the Kansai Photon Science Institute, Japan, 17-20 September (2007). Dimitri
Batani: “Effects of laser prepulse on proton generation: active manipulation of the distribution of
laser accelerated proton beams”AIP Proceedings of the
Christmas Meeting of the High Power Laser Science Community, THE COSENER’S HOUSE,
ABINGDON, UK, 17 -19 December 2007. Roberto Benocci
International Conference of students, post graduate students and young scientists in Moscow Stale
University "Lomonosov" June 2007. Aboutrab Aliverdiev
International Conference Makhachkala, Russia, 12-15 September 2007.
Aboutrab Aliverdiev: “Phase transition, critical and non-linear phenomena in condensed media”
11th International scientific school for young researchers, Kazan, Russia 25-27 October
2007.Aboutrab Aliverdiev: “Coherent and non-linear spectroscopy”.
8th Multinational Congress on Microscopy, Prague, Czech Republic, 17-21 June 2007. Davide
Bigoni: laser Formation and Morphology of Generation craters can be investigated by FIB/SEM
System
Tesi di laurea:
- Francesco Mazzocchi: laureato il 13/11/07, tesi triennale in fisica dei plasmi e delle onde
elettromagnetiche dal titolo "Caratterizzazione di un amplificatore rigenerativo per il sistema
ATTILA"
Progetti:
-
Programma FISR Legge 449/97 “Impianti innovativi multiscopo per la produzione di
radiazione X e ultravioletta, coerente ed incoerente ad alta intensità”
-
Progetto INTAS 01-846 “Laser-driven shock tube for generation of hypersonic gas flows
and investigation of hydrodynamic instabilities at contact interfaces” (coordinatore
internazionale D. Batani)
-
Progetto INTAS 01-233 “Fast Ions in Laser-Plasma Interaction in the Relativistic Regime of
Ultra-Short Ultra-Intense Pulses” (coordinatore internazionale F. Pegoraro, Univ. Pisa)
-
Progetto PRIN 2005 “Interazione laser ultraintensi plasma” (coordinatore nazionale
ATZENI Stefano, Università degli Studi di ROMA "La Sapienza)
-
Progetto FIRB 2004 “BLISS” - Studio di laser a larga banda per la fusione a sconfinamento
inerziale - Coordinatore nazionale Antonio Giulietti, IPCF, CNR, Pisa
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
BIOFISICA
Personale
Baldini Giancarlo
Chirico Giuseppe
Collini Maddalena
D’Alfonso Laura
Cannone Fabio
Caccia Michele
Quercioli Valentina
Bosisio Chiara
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Ricercatore – presa di servizio come Prof. Associato 1-10-2007
Ricercatore
Assegnista
Dottorando
Dottorando
Dottorando
Ricerca
Studio della fotodinamica di proteine
(Giuseppe Chirico, Maddalena
Collini, Laura D’Alfonso)
Questo progetto è dedicato allo
studio del riconoscimento molecolare
proteina – anticorpo basandosi
sull’aumento
di
segnali
di
fluorescenza di costrutti con colloidi
metallici.
Risultati promettenti mostrano una
sensibilità
a
concentrazioni
picomolari
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Biofisica di singole molecole
(Giancarlo Baldini, Giuseppe Chirico, Fabio
Cannone, Maddalena Collini, Chiara Bosisio,
Valentina Quercioli)
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 con eccitazione a singolo e doppio
fotone allo studio della conformazione e della
dinamica di singole proteine della classe delle
Green Fluorescent proteins.
In particolare, si stanno studiando i dettagli
del processo di unfolding.
Questa ricerca è finalizzata allo studio della eterogeneità di comportamento delle proteine soggette
a condizioni denaturanti legate all’insorgenza di malattie neurodegenerative.
Imaging cellulare e di tessuti con tecniche ottiche non lineari
(Giberto Chirico, , Maddalena
Collini , Michele Caccia)
Mediante l’uso di tecniche di
microscopia non lineare si studiano
risposte a stimoli su cellule
dendritiche
del
sistema
immunitario,
si
studia
la
conformazione
di
cellule
metastatiche in tessuti tumorali. .
L’utilizzo di radiazione infrarossa pulsata permette una lunghezza di penetrazione nel tessuto di
varie centinaia di micron. Grazie a questo vantaggio si sta mettendo a punto una tecnica per lo
studio di cellule del sistema immunitario opportunamente colorate in linfonodi in vivo.
Sito web: http://labs-biophysics.mib.infn.it
Collaborazioni e convenzioni con enti esterni:
Prof. Diaspro, Università di Genova: Microscopia a due fotoni
Prof. Gratton, University of Illinois: Fluorescenza a due fotoni
Prof. Langowski, Università di Heidelberg: Plasmidi di DNA
Prof. Granucci, Università di Milano - Bicocca, Dip. di Biotecnologie e Bioscienze: Immunologia
Prof. Indovina, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Caratterizzazioni di metastasi tumorali
Prof. Molinari, CNR e Università di Verona: Folding di proteine globulari
Dr. Mazzei, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Dinamica di frammenti di DNA in soluzione
Prof. Varani, University of Washington: NMR di peptidi e RNA
Prof. Mozzarelli, Università di Parma: Unfolding di mutanti della GFP
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Prof. Cordone, Università di Palermo: proprietà proteine in trealosio.
Pubblicazioni:
L.D’Alfonso, M.Collini, F.Cannone, G.Chirico, B.Campanini, G.Cottone and L.Cordone, “GFP-mut2
Proteins in Trehalose-Water Matrixes: Spatially Heterogeneous Protein-Water-Sugar Structures”,
Biophysical Journal, 93, 284–293 (2007).
F.Cannone, M.Collini, L.D’Alfonso, G.Baldini, G.Chirico, M.Tallarida, P.Pallavicini, “Voltage
Regulation of Fluorescence Emission of Single Dyes bound to Gold Nanoparticles”, Nanoletters,
Nano Lett. (Letter), 7 (4), 1070-1075 (2007).
Giancarlo Baldini, Fabio Cannone, Giuseppe Chirico, Maddalena Collini, Barbara Campanini,
Sefano Bettati, and Andrea Mozzarelli “Evidence Of Discrete Substates And Unfolding Pathways In
Green Fluorescent protein “, Biophys. J. 92 (2007) 1724–1731.
Paola Indovina, Maddalena Collini, Giuseppe Chirico, Maria Teresa Santini, “Three-dimensional
cell organization leads to almost immediate HRE activity as demonstrated by molecular imaging of
MG-63 spheroids using two-photon excitation microscopy”, FEBS letters, 581, 719 – 726 (2007).
F. Cannone, M. Collini, G. Chirico, G. Baldini, S. Bettati, B. Campanini and A. Mozzarelli
”Environment effects on the oscillatory unfolding kinetics of GFP”, Eur. Biophys. J 36 (2007) 795803
Cannone, F; Milani, R; Chirico, G; Diaspro, A; Krol, S; Campanini, “Voltage regulation of single
green fluorescent protein mutants” Biophysical Chemistry, 125, 368-374, (2007).
Presentazioni a congressi:
Giuseppe Chirico, “Tracking single gfp proteins through unfolding pathways”, Theory, Modeling and
Evaluation of Single Molecule Measurements, Leiden, April 16-20 2007
C.A.Marquezin, A.S.Ito, M.Caccia, L.D’Alfonso, G.Chirico, “Espectroscopia de Correlação de
Fluorescência e Microscopia de Fluorescência: um Estudo com Excitação a Dois Fótons”, XXX
Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, São Lourenço, May, 7-11 2007.
L.D’Alfonso, M.Collini, G.Chirico, G.Baldini, B.Campanini, G.Cottone, L.Cordone, “GFP-mut2
Proteins in Trehalose-Water Matrixes: Spatially Heterogeneous Protein-Water-Sugar
Structures”,6th European Biophysics Congress, EBSA, London, July, 14-18 2007.
V.Quercioli , C.Bosisio , M.Collini, “Fluorescence brightness and stability dependence of single
dyes on the nano-environment”, 6th European Biophysics Congress, EBSA, London, July, 14-18
2007.
Laureati laurea triennale:
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
- Giulia Pegolotti: Effetto del micro-ambiente e della modalità di eccitazione sull’emissione di
fluorescenza di singoli composti organici.
-Paolo Bonfanti: Studi di sistemi ibridi, composto organico-metalli nobile, con tecniche di
correlazione temporale della fluorescenza
- Gabriele Corbetta: Tecniche di spettroscopia di correlazione della fluorescenza emessa da
proteine per lo studio della loro struttura
- Daniele Tolomeo:. Stabilità strutturale di proteine tramite anisotropia della polarizzazione della
fluorescenza.
- Alessandra Paladini: Quenching di fluorescenza di aminoacidi come metodo per studiare le
proprietà strutturali delle proteine
- Francesco Rocca : Studio di sistemi ibridi, composto organico – metallo nobile, con tecniche di
fluorescenza risolta in tempo
- Stefania Russo, Studio di sistemi micellari mediante spettroscopia di fluorescenza
Laureati laurea specialistica: Margherita Casiraghi.
Stages svolti per la prova finale:
Argomenti: Uso di tecniche spettroscopiche in fluorescenza quali spettroscopia di correlazione
della fluorescenza, tempi di vita al nanosecondo per lo studio di sistemi proteici e/o sistemi
colloidali ibridi metallo-olorante organico.
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:
- Fondazione Cariplo (2005-07): Costruzione e lettura di reticoli di molecole fluorescenti per mezzo
di microscopia a forza atomica: un passo verso le memorie ottiche molecolari.
- PRIN 2006 (Baldini): sottostati conformazionali e percorsi di folding-unfolding nella green
fluorescent protein: studio sperimentale e teorico alla ricerca di stati discreti nelle proteine
- PRIN 2006 (Chirico) : Spettroscopia e nanoscopia avanzate per rivelazione ultrasensibile in
biomedicina
Convegni:
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Visualizing biological function, Università di Milano - Bicocca,
24-25 Ottobre 2007.
Sessione teorico-pratica in aula su microscopia confocale e
non lineare applicata alle Life Sciences.
Comitato Scientifico: F. Granucci, G. Chirico, M. Collini.
Il convegno è stato organizzato in due giornate con una
sessione didattica cui hanno partecipato circa una trentina di
ricercatori e dottorandi provenienti da varie regioni d’Italia e
una sessione pratica in aula con interventi di esperti del
settore.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
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.].
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 Eterogiunzione 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
LOW-LEVEL 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 2007
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 2007
FISICA TEORICA
Personale
Destri Claudio
Girardello Luciano
Marchesini Giuseppe
Rapuano Federico
Enriotti Mirella
Penati Silvia
Zaffaroni Alberto
Oleari Carlo
Simma Hubert
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Ordinario
Professore Associato
Professore Associato
Professore Associato
Ricercatore
Professore a contratto
Nason Paolo
Butera Paolo
Pepe Michele
Dirigente di ricerca INFN
Primo ricercatore INFN
Ricercatore (art. 23) INFN
Dottorandi:
- Mariotti Alberto, Pirrone Marco (XXI ciclo), Alioli Simone, Amariti Antonio, Ratti CarloAlberto, Re
Emanuele (XXII ciclo), Siani Massimo (XXIII ciclo)
Assegnisti, borsisti:
Banfi Andrea, Cornalba Lorenzo, McReynolds Sean.
Ricerca
1) Teorie dei campi e di stringa
L. Girardello, S. Penati, A. Zaffaroni, L. Cornalba, S. McReynolds, A. Mariotti, M. Pirrone,
C.A. Ratti
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. Uno dei problemi più importanti della
fisica teorica contemporanea è la ricerca di una formulazione quantistica consistente nella teoria
della gravitazione che mette in luce la sua relazione con le altre interazioni fondamentali
(unificazione). La teoria delle stringhe ha vari requisiti per essere considerata la teoria definitiva. La
teoria delle stringhe è un modello i cui gradi di libertà fondamentali sono associati ad oggetti
monodimensionali estesi, le stringhe, anzichè ad oggetti puntiformi come in teoria dei campi. Tale
sostituzione introduce una lunghezza elementare, la lunghezza della stringa appunto, che mitica le
divergenze ad alte energie della teoria dei campi dovute alla località delle interazioni. Come tale,
quindi, la stringa permette una descrizione consistente della gravità quantistica nonchè una
descrizione unificata delle quattro forze fondamentali in natura (interazione elettromagnetica, forte,
debole e gravitazionale). La stringa suggerisce l’esistenza di uno spazio-tempo dieci o undici
dimensionale da cui l’ordinario universo in quattro dimensioni emerge come teoria effettiva
attraverso vari meccanismi (compattificazione delle dimensioni extra o confinamento su iperpiani
detti D-brane). Uno degli aspetti più interessanti della teoria delle stringhe è la congetturata dualità
tra la teoria delle stringhe come teoria di supergravità e teorie di gauge (corrispondenza AdS/CFT).
Questa dualità potrebbe avere delle importanti ricadute nella descrizione di processi non
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
perturbativi 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.
In questo ambito 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 backgrounds 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 backgrounds di stringa con forme di RR accese.
- Calcolo perturbativo di ampiezze di scattering in teorie di gauge supersimmetriche e supergravita’.
Ampiezze di scattering in spazi curvi e ampiezze in regime di accoppiamento forte.
2) Teoria dei campi del Modello Standard
G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, S. Alioli, A. Banfi, E. Re
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Il Modello Standard è la teoria di campo effettiva che descrive le interazioni elettrodeboli e
forti alle scale di energia oggi accessibili sperimentalmente. Il gruppo di Milano - Bicocca studia vari
aspetti del Modello Standard e dei fenomeni cui dà luogo. Nell'imminente partenza del collisore di
protoni LHC al CERN di Ginevra, si studiano vari fenomeni di produzione rilevanti per la scoperta di
nuove particelle e per la stima dei backgrounds in collisioni adroniche. Poichè 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.
- Sudio 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 non-perturbativa
G. Marchesini, M. Pepe, H. Simma
Quantum-Chromo-Dynamics è la teoria quantistica dei costituenti (quark e gluoni) delle
particelle con interazione forte. Molte osservabili della QCD non possono essere calcolate con
metodi perturbativi o analitici a causa della natura complessa delle interazioni forti, in particolare a
basse energie. Esempi di tali osservabili sono le masse degli adroni (cioè particelle composte da
quark e gluoni, come protone o pione) o gli elementi di matrice dell'Hamiltoniana effettiva, che in
molti processi elettrodeboli (come decadimenti o mescolamenti di mesoni D o B) servono per
calcolare le quantità che si misurano negli esperimenti. Per poter calcolare quantità nonperturbative in QCD da principi primi con metodi numerici, la teoria dei campi è studiata su uno
spazio-tempo discretizzato. Queste simulazioni su "reticolo" richiedono una potenza di calcolo
enorme e quindi l'uso di supercalcolatori. Per esempio, per determinare i parametri fondamentali
della QCD (la costante di accoppiamento e le masse dei quark) in regime non-perturbativo, la teoria
è simulata su reticoli con estensioni diverse. Solo cosi è possibile estrapolare con alta precisione i
risultati al limite del continuo e calcolare anche il "running" non-perturbativo, cioè la variazione dei
parametri rinormalizzati con l'energia.
In questo ambito l’attività del gruppo riguarda in particolare:
- Simulazioni numeriche su grandi reticoli per determinare la scala di riferimento per la costante di
accoppiamento “running” e le masse dei quark in QCD.
- Simulazioni nell'approssimazione "quenched" (masse e decadimenti di mesoni) per stabilire nuovi
metodi (nel'ambito di twisted mass QCD) per ridurre gli errori sistematici dovuti alla
discretizzazione.
- Studio del confinement e della transizione di fase deconfinante in teorie di gauge non-abeliane (e
in teorie efficaci per la superconduttivita' ad alta temperatura).
- Numerical Stochastic Perturbation Theory (NSPT) per calcoli perturbativi a ordini alti in teorie di
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
gauge.
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4) Calcolo computazionale applicato a sistemi biologici complessi
C. Destri, F. Rapuano,E. Moroni, A. Nobile
I sistemi biologici sono in generale dei sistemi complessi, ovvero sistemi costituiti da un
grande numero di unità molto interdipendenti e interagenti tra loro in maniera non lineare. Per
descrivere il comportamento di un sistema biologico è quindi necessario comprendere come queste
parti interagiscano tra loro e con l'ambiente circostante. Da un punto di vista metodologico lo studio
dei sistemi biologici complessi richiede l'applicazione di nuovi approcci che, diversamente da quelli
tradizionali, tengono conto di tale complessità. Negli ultimi 10-15 anni lo studio dei sistemi biologici
complessi ha attirato l'attenzione di fisici, matematici e informatici che, in collaborazione con i
biologi, hanno adattato a questo ambito e combinato insieme metodi d'indagine sviluppati
originariamente nelle rispettive discipline.
In questo ambito, l'attività del gruppo riguarda:
- Lo studio dell'interazione DNA-proteina
Nelle cellule esistono diversi meccanismi che operano per selezionare i geni che devono essere
espressi o che devono rimanere silenti. Uno di questi meccanismi è il controllo della trascrizione
genica. La trascrizione genica è il processo di trasferimento dell'informazione contenuta nel DNA
all'RNA. Questo processo è promosso o inibito tramite l'azione coordinata di proteine regolatrici che
si legano a particolari regioni di controllo del DNA. L'interazione DNA-proteina può essere studiata
con metodi computazionali che offrono diversi vantaggi rispetto ai metodi sperimentali tradizionali.
In questo ambito l'attività del gruppo è focalizzata nello studio di potenziali fisici che approssimano
l'affinità di legame DNA-proteina allo scopo di identificare siti di legame nel DNA per proteine
regolatrici a partire dalla loro struttura tridimensionale.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Simulazione di interazione Proteina - DNA
- Lo studio della rete di omologia e di modelli evolutivi delle proteine.
Dal livello di similarità di due sequenze proteiche è possibile avere un'indicazione del loro
grado di omologia, ovvero della loro distanza evolutiva. Questa informazione è oggi disponibile per
un numero elevatissimo di proteine appartenenti a differenti specie di organismi. Applicando
tecniche proprie della teoria dei grafi, studiamo la rete di omologia di proteine i cui nodi
rappresentano le sequenze proteiche e i lati la relazione di omologia. Dall'analisi della topologia
locale e globale del grafo e dalla organizzazione spaziale dei suoi clusters, si potrebbe sia predire
la funzione biologica (ancora ignota) di una proteina sia individuare quali siano le relazioni
biologiche tra gruppi di proteine evolutivamente sempre più distanti, ricavando informazioni
essenziali sul processo evolutivo delle proteine. Il processo biologico di evoluzione delle sequenze
proteiche è inoltre modellizzato teoricamente, facendo ricorso a tecniche e idee fondamentali della
meccanica statistica, in particolare attraverso processi stocastici che tentano di riprodurre le
proprietà generali della distribuzione reale di proteine. L'immagine raffigura un network di omologia
di proteine costruito a partire da più di 42 miliardi di allineamenti tra 289069 sequenze proteiche
provenienti da circa 90 genomi. Il grafo è formato da 27325 componenti connesse con un totale di
lati 7940873. Ogni lato è colorato di blu se connette due proteine della stessa specie, di rosso se le
due proteine connesse sono di due differenti specie.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
5) Fisica computazionale e sviluppo di calcolatori
P. Butera, C. Destri, G. Marchesini, F. Rapuano, H. Simma
Le simulazioni large-scale per la QCD sul reticolo, per la meccanica statistica. e per altri problemi
del calcolo scientifico richiedono algoritmi numerici efficienti ed una potenza di calcolo enorme che
puo’ 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. Poiche’ presto anche la potenza di apeNEXT non sara’
piu’ 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 3-dimensionale. Questo sviluppo viene
eseguito nel ambito della collaborazione QPACE tra IBM Boeblingen e partner accademici in
Germania ed Italia. Il nodo di calcolo e' 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
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Una scheda con il nodo base di apeNEXT
6) Meccanica statistica e sistemi complessi
P. Butera, C. Destri, M. Pepe
Si studiano 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. Un’azione effettiva a basse energie per il sistema magnonibuche è stata costruita. Si studiano proprietà di rinormalizzabilità e aspetti di universalità mediante
modelli statistici su strutture disordinate. Si applicano tecniche di calcolo allo studio della teoria dei
campi classica e quantistica fuori dell’equilibrio. Lo scopo principale è quello di chiarire i processi di
termalizzazione che trovano applicazioni nella cosmologia primordiale e negli attuali esperimenti
sulla collisione di ioni pesanti.
Collaborazioni con enti esterni:
- In Italia: INFN, Università degli studi di Milano, Pisa, Padova, Genova, Firenze, Verona, Torino,
Parma, Roma La Sapienza, Roma Tor Vergata, Ferrara.
- All'estero: New York University; Ecole Polytechnique (Parigi); CERN; LPTHE; Universitè 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. Poincarè, Nancy (Francia);
Cambridge (UK); Sanpietroburgo (Russia); Southhampton (UK); Notre Dame (USA); University of
Maryland (USA); Patras Univ. (Greece); Bern Univ. (Svizzera); Porto University (Portogallo).
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
Pubblicazioni:
1. A. Amariti, L. Girardello, A. Mariotti , “Meta-stable A(n) quiver gauge theories” - JHEP
0710:017,2007.
2. A. Mariotti, “Supersymmetric D-branes on SU(2) structure manifolds“ - JHEP 0709:123,2007.
3. A. Amariti, L. Girardello, Al. Mariotti, “On meta-Stable SQCD with adjoint matter and gauge
mediation” - Fortsch.Phys.55:627-632,2007.
4. A. Butti, D. Forcella, A. Hanany, D. Vegh, A. Zaffaroni, “Counting Chiral Operators in Quiver
Gauge Theories’’ - JHEP 0711:092,2007.
5. D. Forcella, A. Hanany, A. Zaffaroni, “Baryonic Generating Functions” - JHEP 0712:022,2007.
6. A. Butti, D. Forcella, A. Zaffaroni, “Counting BPS baryonic operators in CFTs with SasakiEinstein duals” - JHEP 0706:069,2007.
7. A. Butti, D. Forcella, A. Zaffaroni, “Deformations of conformal theories and non-toric quiver
gauge theories” - JHEP 0702:081,2007.
8. F. Elmetti, A. Mauri, S. Penati, A. Santambrogio, D. Zanon, “Real versus complex betadeformation of the N=4 planar super Yang-Mills theory” - JHEP 0710:102,2007.
9. F. Elmetti, A. Mauri, S. Penati, A. Santambrogio, “Conformal invariance of the planar betadeformed N=4 SYM theory requires beta real” - JHEP 0701:026,2007.
10.S. Frixione, P. Nason, C. Oleari, “Matching NLO QCD computations with Parton Shower
simulations: the POWHEG method” - JHEP 0711:070,2007.
11 P. Nason, “MINT: A Computer program for adaptive Monte Carlo integration and generation of
unweighted distributions” - e-Print: arXiv:0709.2085 [hep-ph]
12. S. Frixione, P. Nason, G. Ridolfi, “A Positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for
heavy flavour hadroproduction” - JHEP 0709:126,2007.
13. S. Frixione, P. Nason, G. Ridolfi, “The POWHEG-hvq manual version 1.0” - e-Print:
arXiv:0707.3081 [hep-ph]
14. M. Mangano, P. Nason, “Radiative quarkonium decays and the NMSSM Higgs interpretation of
the hyperCP Sigma+ ---> p mu+ mu- events” - Mod.Phys.Lett.A22:1373-1380,2007.
15. G. Bozzi, B. Jager, C. Oleari, D. Zeppenfeld, “Vector Boson Pair Production via Vector Boson
Fusion at NLO QCD” - Presented at 19th Conference on High Energy Physics (IFAE 2007), Naples,
Italy, 11-13 Apr 2007. Published in J.Phys.Conf.Ser.110:042006,2008.
16. G. Bozzi, B. Jager, C. Oleari, D. Zeppenfeld, “Next-to-leading order QCD corrections to W+ Z
and W- Z production via vector-boson fusion” - Phys.Rev.D75:073004,2007.
17. P. Butera, M. Pernici, "High-temperature expansions through order 24 for the two-dimensional
classical XY model on the square lattice" - Phys. Rev. B 76, 092406 (2007).
18. B. Berche, P. Butera, L. Shchur, "Logarithmic corrections and universal amplitude ratios in
the 4-statePotts model" :arXiv:0707.3317; to be published in "Computer Simulation Studies in
Condensed-Matter Physics XX", ds. D.P. Landau, S.P. Lewis, H.-B. Sch\"uttler.
19. L. Shchur, B. Berche, P. Butera, "A study of logarithmic corrections and universal amplitude
ratios in the wo-dimensional 4-state Potts model" - Europhysics Letters (EPL) 81 (2008) 30008.
20. C. Brugger, C. P. Hofmann, F. Kampfer, M. Moser, M. Pepe and U. J. Wiese, ``Systematic
Low-Energy Effective Field Theory for Electron-Doped Antiferromagnets'' - Phys. Rev. B 75,
214405 (2007).
21. M. Pepe and U. J. Wiese, ``Exceptional deconfinement in G(2) gauge theory'' - Nucl. Phys. B
768, 21 (2007).
22. C. Brugger, C. P. Hofmann, F. Kampfer, M. Pepe and U. J. Wiese, ``Homogeneous versus
Spiral Phases of Hole-doped Antiferromagnets: A Systematic Effective Field Theory Investigation''
- Phys. Rev. B 75, 014421 (2007).
23. C. Brugger, F. Kampfer, M. Moser, M. Pepe and U. J. Wiese, ``From the Hubbard model to a
systematic low-energy effective field theory for magnons and holes in an antiferromagnet'' - Physica
C 460-462 (2007) 1139.
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Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007
24. F. Belletti et al., "QCD on the Cell Broadband Engine" - PoS(LATTICE 2007) 39.
25. M. Della Morte et al. (ALPHA Collaboration), "Towards a non-perturbative matching of HQET
and QCD with dynamical light quarks" - PoS(LATTICE 2007) 246.
25. M. Della Morte et al. (ALPHA Collaboration), "Preparing for N(f) = 2 simulations at small lattice
spacings" - PoS(LATTICE 2007) 255.
26. M. Beccaria, Yu. L. Dokshitzer, G. Marchesini, “Twist 3 of the sl(2) sector of N=4 SYM and
reciprocità respecting evolution” – Phys. Lett. B652: 194-202, 2007.
27.Yu. L. Dokshitzer, G. Marchesini, “N=4 SUSY Yang-Mills: three loops made simpler” – Phys.
Lett. B646: 189-201, 2007.
28. G. Marchesini, “QCD review”, Int.J.Mod.Phys. A22:5443-5452, 2007.
Progetti finanziati:
a) PRIN (Cofinanziamento MIUR):
TEORIE DI GAUGE E DI STRINGA - Anno 2005 - Coordinatore locale: L. Girardello
(Cofinanziamenti precedenti: 1997, 1999, 2001, 2003)
STUDI PERTURBATIVI E NON PERTURBATIVI IN TEORIE QUANTISTICHE DEI CAMPI PER LE
INTERAZIONI FONDAMENTALI - Anno 2004 Prot. 2004023950 - Coordinatore locale e nazionale: G. Marchesini
b) Iniziative specifiche INFN:
MI12 - Coordinatore locale (e nazionale) L. Girardello
MI11 - Coordinatore locale G. Marchesini
PR21 - Coordinatore locale P. Nason
TO61 - Coordinatore locale C. Destri
RM31 – Coordinatore locale M. Pepe
c) Progetto speciale APE (INFN)
d) Contratti CEE:
"Constituents, Fundamental Forces and Symmetries of the Universe" (contract MRTN-CT-2004005104) - Coordinatore locale: L. Girardello
"Small-x physics: Interface between perturbative and non-perturbative QCD dynamics", CEE INTAS
00 00366 - Coordinatore locale: G. Marchesini
Laboratori del gruppo:
- Laboratorio di calcolo parallelo
- Laboratorio didattico di calcolo avanzato
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