Imperdibile occasione di incontrare esperti del calcolo e fisici medici in un meeting informale per conoscere le sfide del calcolo scientifico in relazione agli esperimenti INFN e le opportunità di collaborazione.
Vi aspettiamo in Sezione Venerdi 28 Febbraio 2025 alle 14:30
Il progetto, realizzato in collaborazione con INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, intende misurare con una sensibilità senza precedenti la velocità angolare della Terra e le sue variazioni, offrendo l’opportunità di sondare effetti previsti dalla relatività generale e aprendo nuove frontiere nella #fisica e nelle scienze fondamentali.
In occasione della Settimana Nazionale delle Discipline STEM (4-11 febbraio) istituita dal MUR Ministero dell’Università e della Ricerca per promuove iniziative per sensibilizzare e stimolare l’interesse, la scelta e l’apprendimento di queste discipline, necessarie a favorire l’innovazione e lo sviluppo del settore nel nostro Paese, e dell’International Day of Women and Girls in Science, in programma l’11 febbraio, l’INFN ha previsto un ricco calendario di eventi e iniziative in tutta Italia. La giornata dedicata delle donne e ragazze nella scienza, istituita nel 2015 dall’Assemblea Generale delle Nazioni Unite, è dedicata a promuovere la partecipazione paritaria di donne e ragazze nel mondo della scienza, evidenziando l’importanza di un accesso equo all’istruzione, alla formazione, al lavoro e ai processi decisionali. Un impegno concreto per ispirare e sostenere le nuove generazioni di scienziate, ribadendo il ruolo cruciale delle donne nella ricerca e nell’innovazione.
I canali social INFN aderiscono alla campagna #WomenInScience, a cui parteciperanno anche altri grandi laboratori internazionali come il CERN. Sui nostri canali social – Facebook, YouTube, Instagram e Twitter – a partire dal 4 febbraio, in occasione anche della Settimana STEM promossa dal MUR e in programma fino all’11 febbraio, pubblicheremo tre interviste alle nostre ricercatrici coinvolte nell’esperimento KM3NeT e alla direttrice dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, Paola Gianotti.
La collaborazione scientifica dell’esperimento MEG II, della quale fa parte anche l’INFN, presenta oggi, 13 novembre, nel corso di un seminario scientifico al Paul Scherrer Institut (PSI), in Svizzera, il suo primo risultato sulla ricerca di una nuova ipotetica particella elementare, un bosone chiamato X17. Il risultato, basato sull’analisi dei dati raccolti nel 2023, è riportato in un articolo pubblicato su arxiv e sottomesso alla rivista European Journal of Physics C.
“Il rivelatore MEG II, in presa dati al laboratorio PSI, ricerca nuovi fenomeni di fisica, ed è stato disegnato in particolare per la ricerca del decadimento di un muone positivo in un positrone e un fotone, ma può studiare anche altri fenomeni, come la produzione della ipotetica particella X17”, spiega Gianluca Cavoto, professore alla Sapienza Università di Roma e associato all’INFN, che fa parte della collaborazione scientifica dell’esperimento e che ha presentato i risultati nel seminario al PSI. “Da qui, la realizzazione di questa nuova misura, proposta dai ricercatori e dalle ricercatrici del gruppo italiano, che ne hanno poi coordinato la progettazione e la realizzazione, e la successiva analisi dei dati, grazie alla quale, non essendo emerso alcun segnale interessante, è stato posto un nuovo limite all’esistenza della particella X17”, conclude Cavoto.
La particella X17 è stata teorizzata una decina di anni fa per spiegare l’osservazione, realizzata da un esperimento al laboratorio ATOMKI (a Debrecen, in Ungheria), di una struttura anomala nella distribuzione dell’angolo di apertura nelle traiettorie delle coppie elettrone-positrone prodotte in una reazione nucleare indotta da protoni su un bersaglio di litio. Questa anomalia è stata, appunto, interpretata come la produzione e il successivo decadimento di una particella ipotetica, a cui è stato dato il nome X17 per il valore della sua massa (17 MeV). Successivamente, utilizzando la stessa tecnica sperimentale, sono stati osservati eccessi simili, compatibili con questa particella, anche in processi che coinvolgono i nuclei di elio e carbonio.
“I processi esaminati negli esperimenti MEG ed ATOMKI sono reazioni nucleari complesse, che vanno analizzate con calcoli teorici di dinamica nucleare molto accurati”, spiega Michele Viviani, ricercatore del gruppo teorico della Sezione INFN di Pisa. “Questo ora è possibile grazie ai recenti sviluppi nella comprensione delle forze nucleari, a cui molti ricercatori dell’INFN hanno dato contributi importanti”, conclude Viviani.
L’apparato MEG II utilizza protoni, provenienti da un acceleratore Cockroft-Walton, con un’energia fino a 1,1 MeV, che si scontrano con un bersaglio di litio. La coppia elettrone-positrone emergente dalla transizione nucleare litio –> berillio è stata studiata con diversi rivelatori, tra cui uno spettrometro (rivelatore gassoso in campo magnetico), ma non è stato trovato alcun segnale significativo, e sono stati quindi posti dei limiti sul tasso di produzione di X17. Il risultato di ATOMKI è compatibile con queste osservazioni con un valore p (che è un indice del grado di significatività del campione) del 6%.
“I risultati presentati oggi dalla collaborazione di MEG II, pur non escludendo definitivamente l’esistenza della particella X17, tuttavia indeboliscono la sua ipotesi. Questo significa che la comunità teorica dovrà riconsiderare i modelli di nuova fisica finora studiati per descrivere la natura della particella X17”, commenta Claudio Toni, ricercatore in Francia al Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique Théorique del CNRS, che ha lavorato allo studio della particella X17 durante la tesi magistrale e il dottorato alla Sapienza Università di Roma e come associato all’INFN.
La collaborazione MEG II riunisce più di 50 fisici provenienti da istituzioni di ricerca di Italia, Giappone, Russia, Svizzera e Stati Uniti, tra le quali l’INFN.
A novanta anni dalla pubblicazione da parte di Enrico Fermi dell’articolo “Tentativo di una teoria dei raggi beta”, il Centro Pontecorvo del Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, la Sezione di Pisa dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ed il Centro Ricerche Enrico Fermi (l’Ente Pubblico di Ricerca con sede in Roma nella storica palazzina di via Panisperna nel compendio del Viminale) organizzano un convegno di un giorno per discutere con i colleghi l’attualità di questa scoperta e per porre all’attenzione degli studenti della Laurea Magistrale in Fisica e a quelli del Dottorato in Fisica la straordinaria rilevanza dell’intuizione del grande scienziato italiano.
Il convegno approfondirà lavoro seminale di Fermi, di cui sarà presentata una nuova rivisitazione in chiave moderna che, dalla scoperta di Bequerel, con l’evolversi delle tecniche sperimentali e delle conoscenze e scoperte teoriche, portò l’illustre scienziato a formulare la sua teoria. Il Convegno sarà centrato sugli sviluppi che porteranno al “Modello Standard” delle interazioni fondamentali e che oggi permettono agli scienziati di avere davanti a loro un ricco e promettente terreno di ricerca.
Il convegno promuove la parità di genere che deve essere rispettata da tutti/e i/le partecipanti.
L’esperimento NA62 del CERN, cui partecipa anche l’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha osservato per la prima volta un processo rarissimo che è previsto dalla teoria con grandissima precisione. La nuova misura, presentata il 24 settembre nel corso di un seminario al CERN, potrebbe aprire un’importante via verso la nuova fisica oltre il Modello Standard delle particelle elementari.
L’osservazione di NA62 riguarda il decadimento di un kaone carico in un pione carico e due neutrini. Questo decadimento è tra i processi più rari mai osservati nella cosiddetta fisica del sapore: secondo il Modello Standard, infatti, meno di un kaone carico su 10 miliardi decade in questo modo. NA62 ha misurato il decadimento con una significatività statistica di 5 sigma (5σ): questo significa che la probabilità che gli eventi osservati siano dovuti semplicemente a fluttuazioni statistiche del fondo è di 2×10-7.
“Questo risultato rappresenta il culmine di un progetto iniziato più di un decennio fa, ed è frutto di un lungo e rigoroso lavoro”, commenta Giuseppe Ruggiero dell’INFN e dell’Università di Firenze, che guida la Collaborazione Scientifica dell’esperimento NA62. “Cercare processi in natura che hanno una probabilità di accadere dell’ordine di 10-11 è affascinante e stimolante, ma è anche estremamente impegnativo: con questa misura abbiamo consegnato alla comunità scientifica un risultato tanto atteso, che per noi rappresenta anche una ricompensa straordinaria per i nostri sforzi”.
Ma perché in fisica si cercano processi così rari? In effetti, questo è il punto chiave dello studio di questo decadimento: diversi modelli teorici suggeriscono che questo decadimento sia estremamente sensibile alle deviazioni dalla previsione del Modello Standard, rendendolo, quindi, uno dei processi più interessanti da studiare per cercare prove di nuova fisica al di là del Modello Standard.
“NA62 è riuscito a misurare la frequenza di questo rarissimo decadimento rispetto a tutti i possibili decadimenti dei kaoni carichi con una precisione del 25%: è la misura più precisa mai realizzata fino ad oggi, e il risultato è intrigante perché il tasso di decadimento osservato è superiore alle previsioni e la probabilità di osservare una discrepanza di questa entità a causa di una fluttuazione statistica è del 5%. Questo, in fisica, significa che c’è compatibilità con il Modello Standard, anche se non perfetta”, sottolinea Renato Fiorenza della Scuola Superiore Meridionale e della Sezione INFN di Napoli, tra i principali analisti.
“Una eventuale discrepanza tra misura e teoria potrebbe trovare la sua ragione nella presenza di nuove particelle che aumentano la probabilità del decadimento, ma sono necessari ulteriori dati per testare questa ipotesi”, spiega Francesco Brizioli della Sezione INFN di Perugia (attualmente CERN), uno dei due coordinatori dell’analisi dei dati. “Con la raccolta di dati in corso, nei prossimi anni NA62 potrebbe essere in grado di confermare l’esistenza di contributi al decadimento provenienti da nuova fisica, oppure imporre forti vincoli sull’entità di tali contributi.
“Anche se trovare indizi di nuova fisica richiederà ancora più dati, questo risultato rappresenta un grande passo in avanti e rafforza ulteriormente l’interesse per queste ricerche e l’attesa per i futuri risultati”, spiega Karim Massri dell’Università di Lancaster, coordinatore della fisica di NA62.
L’esperimento NA62 è stato progettato e costruito appositamente per misurare questo rarissimo decadimento del kaone. I kaoni sono prodotti da un fascio di protoni ad alta intensità, fornito dal Super Proton Synchrotron (SPS, uno degli acceleratori del CERN), che collide con un bersaglio fisso. In questo modo si genera un fascio secondario di quasi un miliardo di particelle al secondo che si dirige verso il rivelatore NA62: circa il 6% di queste particelle sono kaoni carichi. NA62 rivela precisamente i prodotti di decadimento dei kaoni, identificando e misurando tutte le particelle prodotte, ad eccezione dei neutrini che risultano come energia mancante.
I dati raccolti nel 2021 e nel 2022 sono stati cruciali per questo risultato, e sono stati ottenuti grazie a una serie di aggiornamenti apportati all’apparato sperimentale di NA62, con nuovi e potenziati rivelatori, che hanno permesso il funzionamento a intensità del fascio più elevate del 30%. Questi aggiornamenti hardware combinati con miglioramenti delle tecniche di analisi dei dati hanno fatto sì che la raccolta dei candidati del segnale cercato fosse il 50% più veloce di prima.
Questa misura si basa sulla capacità di identificare il decadimento di interesse ogni dieci miliardi di decadimenti osservati. Non solo: i neutrini nel decadimento non possono essere rivelati, il che rende ancora più difficile essere certi di aver identificato il processo cercato e non uno degli altri 9.999.999.999 decadimenti che possono imitare il segnale se qualche prodotto di decadimento viene non rivelato o confuso.
“Sono entusiasta di aver avuto la possibilità di presentare alla comunità scientifica del CERN, a nome dell’intera collaborazione NA62, questo nuovo importante risultato, un risultato che sembrava quasi impossibile da realizzare”, commenta Joel Swallow dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, uno dei due coordinatori del lavoro di analisi dei dati.
“L’importante risultato è stato reso possibile grazie alla scrupolosa e precisa analisi condotta da giovani e brillanti ricercatori e ricercatrici dell’INFN e studentesse e studenti di dottorato. La comunità scientifica italiana ha avuto un ruolo primario in questa difficile misura”, commenta Antonella Antonelli dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, coordinatrice dei gruppi INFN che partecipano all’esperimento NA62.
La collaborazione NA62 coinvolge circa 200 ricercatrici e ricercatori provenienti da Europa, Stati Uniti, Canada, Messico e Russia. L’impegno della comunità italiana, coordinata dall’INFN, si distingue con circa un terzo dei partecipanti, provenienti dai Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN e dalle Sezioni INFN e dalle Università di Ferrara, Firenze, Napoli, Perugia, Pisa, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata e Torino. I ricercatori e le ricercatrici dell’INFN hanno ruoli di responsabilità sia nella realizzazione e nella conduzione del rivelatore (con lo sviluppo del sistema avanzato di tracciamento del fascio, il sistema di veto per i fotoni e particelle cariche, e il sistema di identificazione dei pioni), sia per il complesso sistema di acquisizione dati dell’esperimento.
GINGERino ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN stabilisce un nuovo record di sensibilità e apre a innovative misure di fisica fondamentale e applicazioni di geofisica
GINGERINO, un giroscopio laser ad anello (RLG, Ring Laser Gyroscope), installato sotto 1400 metri di roccia all’interno dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha segnato un nuovo record, dimostrando che la sua sensibilità è almeno un ordine di grandezza migliore di quanto previsto dai modelli di funzionamento di questi precisissimi strumenti. Il risultato, pubblicato il 2 luglio su Physical Reviews Letters, è determinante perché non solo segna una sensibilità limite per i giroscopi laser ad anello, ma fornisce anche la prova della validità del loro funzionamento per diverse applicazioni, da misure di precisione di fisica fondamentale e relatività generale, alla geofisica e geodesia.
L’esperimento Belle II, in funzione al laboratorio KEK di Tsukuba, in Giappone, progettato per studiare le proprietà delle particelle, specialmente dei mesoni B, prodotte dalle collisioni di elettroni e positroni all’interno dall’acceleratore SuperKEKB, ha rivelato e registrato i primi eventi della sua seconda campagna di raccolta dati, il Run 2, che arriva dopo un anno e mezzo di lavori di potenziamento e manutenzione sia del rivelatore, sia dell’acceleratore. SuperKEKB ha ripreso a funzionare lo scorso 29 gennaio, e il 20 febbraio Belle II ha, appunto, registrato la prima collisione elettrone-positrone. L’INFN partecipa a Belle II con un gruppo di circa 70 ricercatori e ricercatrici di 8 strutture: i Laboratori Nazionali di Frascati, e le Sezioni di Napoli, Padova, Perugia, Pisa, Roma Tre, Torino e Trieste.
L’obiettivo di Belle II è misurare con estrema precisione i meccanismi di produzione e decadimento delle particelle prodotte da SuperKEKB, per individuare fenomeni fisici non previsti dalla teoria standard delle particelle elementari, che getterebbero nuova luce sulla nostra comprensione dell’universo e delle forze fondamentali che vi agiscono. La prima campagna di raccolta dati, il Run 1, si è svolta fra il 2019 ed il 2022, fornendo all’esperimento un campione di più di 400 milioni di coppie formate da un mesone B (carico o neutro) e dalla sua antiparticella, dal quale sono già state ottenute numerose misure di grande interesse fisico. A partire dall’estate 2022, nel cosiddetto periodo di ‘long shutdown 1’, sia l’acceleratore SuperKEKB sia il rivelatore Belle II sono stati oggetto di accurati lavori di ottimizzazione e aggiornamento per permettere all’acceleratore di raggiungere luminosità sempre più elevate, e all’esperimento di ricostruire con maggiore precisione ed efficienza gli eventi prodotti.
Nicola Carmignani ESRF Grenoble, France