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Tecniche Avanzate per la Fisica Fondamentale

Tecniche Avanzate per la Fisica Fondamentale

Questa Linea di Ricerca racchiude diversi Progetti interdisciplinari con lo scopo di sviluppare rivelatori o tecniche specifiche per ricerche di fisica fondamentale in diversi campi, dallo studio del plasma primordiale formato subito dopo il Big Bang, ai problemi di fisica quantistica o alla ricerca di onde gravitazionali.


Il Progetto QUARK-GLUON COLOURED WORLD – ALICE AND BEYOND (QGCW) si propone di studiare le collisioni tra nuclei pesanti di Piombo (208Pb82+) alla massima energia mai finora raggiunta facendo uso del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. A queste energie è possibile riprodurre lo stato della materia così come si suppone fosse alcuni milionesimi di secondo dopo il Big Bang. E’ una materia caratterizzata dal deconfinamento di quark e gluoni con carica di colore non nulla e descritta dalla Quantum Chromo Dynamics (QCD): un mondo “colorato”, denominato QGCW, composto di materia fondamentalmente diversa da quella che conosciamo (fatta di barioni a carica di colore zero). Il Progetto QGCW si inserisce in questa prospettiva e il primo passo è stata la partecipazione, sin dal 2009, all’esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment) operante a LHC, e in particolare alla realizzazione del grande rivelatore TOF (Time-Of-Flight) che costituisce una componente essenziale dell'apparato sperimentale per l’identificazione delle particelle cariche prodotte. La tecnologia usata per il TOF è ancora quella delle MRPC (in una versione più sofisticata rispetto al Progetto EEE) e il continuo affinamento delle tecniche di calibrazione ha recentemente portato questo rivelatore a raggiungere una precisione nella misura del tempo di meno di 60 picosecondi su una superficie di circa 140 m2, un risultato unico al mondo per un rivelatore di queste dimensioni. L’esperimento ALICE continuerà a prendere dati sino al 2018 (collisioni p-p e Pb-Pb) per poi iniziare un upgrade che permetterà di migliorarne le prestazioni. Il TOF dovrà aggiornare la parte di lettura dei segnali. Sul fronte delle analisi dei dati, sono state pubblicate sulla rivista Nature Physics quelle relative agli studi di produzione di particelle strane in funzione della molteplicità dimostrando per la prima volta l’esistenza di fenomeni di QGCW anche in sistemi più piccoli di Pb-Pb, come p-Pb e p-p, un risultato inaspettato dal punto di vista teorico.

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Il Progetto PROBLEMATICHE APERTE DELLA MECCANICA QUANTISTICA (PAMQ) si inserisce nel crescente interesse intorno ai fondamenti della meccanica quantistica, sia dal punto di vista teorico che sperimentale e applicativo, come dimostrato anche dal lancio della nuova FET Flagship su Quantum Technologies da parte della Commissione Europea. Il Progetto PAMQ ha come obiettivo il confronto tra vari modelli di riduzione per descrivere il collasso della funzione d'onda e i possibili effetti sperimentalmente misurabili. Una delle più importanti questioni è il problema della misura. Per affrontarlo sono stati proposti modelli di riduzione dinamica che modificano la meccanica quantistica in maniera sperimentalmente verificabile. Il Progetto PAMQ si propone dunque di fare significativi passi avanti sia nello sviluppo di nuovi modelli di collasso della funzione d’onda, sia in quello di nuovi apparati sperimentali in grado di misurare i segnali che li caratterizzano, come la radiazione X dovuta all’emissione spontanea.


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Il Progetto FISICA FONDAMENTALE NELLO SPAZIO (FISP) sfrutta l'analisi orbitale dei satelliti inseguiti via laser, come il satellite LARES (LAser RElativity Satellite) e gli analoghi satelliti LAGEOS, LAGEOS 2 e GRACE. Tramite la tecnica del "frame dragging", il Progetto FISP ha come obiettivo il raggiungimento di un insieme di prove sperimentali della relatività generale, di altre teorie gravitazionali e teorie di fisica fondamentale, con accuratezze finora ineguagliate. Questo obiettivo si ottiene mediante esperimenti nello spazio con sofisticati satelliti artificiali. Altre finalità includono determinazioni di fisica della Terra mediante tecniche spaziali e con satelliti artificiali. Sono allo studio altre missioni spaziali, tra cui un micro satellite con un rivelatore di particelle e un satellite per prove sperimentali di fisica fondamentale e relatività generale, che prevedono attività di progettazione, prove di laboratorio e termovuoto, e analisi dati.


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Il Progetto MICROCAVITÀ FOTONICHE (MIFO) nasce dall’esperienza fatta in due precedenti progetti del Centro Fermi, uno relativo all’uso di strutture e materiali fotonici per celle solari più efficienti, l’altro relativo a biosensori basati su microrisonatori a modi di galleria (WGM, Whispering Gallery Modes). Il nuovo obiettivo è quello di esplorare più a fondo le proprietà e le potenzialità di applicazione di alcune microcavità ottiche, quali strutture risonanti in guide ottiche, risonatori WGM e cristalli fotonici. L’attività del Progetto MIFO si concentrerà dapprima su due temi: i) lo studio di sistemi che siano l’analogo classico di sistemi quantistici descritti da Hamiltoniane PT simmetriche; ii) lo sviluppo di rivelatori in banda THz mediante risonatori WGM. Successivamente saranno affrontati altri argomenti, quali: sviluppo di nuovi materiali fotorifrattivi, fabbricazione di nano oggetti quantici, sviluppo di cristalli fotonici per “photon management”.


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Il Progetto INNOVATIVE MIRROR COATING RESEARCH (ICORE) studierà la modellazione e caratterizzazione di materiali compositi e metamateriali per la realizzazione di film sottili ad altissima riflettività ottica e bassissimo rumore termico per rivelatori interferometrici di onde gravitazionali e altre applicazioni di metrologia estrema.

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