Coordinatore: Nicola Mori
Edificio di Fisica Sperimentale
Stanza: 103 (I piano)
Telefono: 055 457 2660
e-mail: nicola.mori (at) fi.infn.it
Le attività legate alle astroparticelle e alla fisica fondamentale sono coordinate su base nazionale dalla Commissione Scientifica 2 dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La Sezione di Firenze contribuisce a svariati progetti sia nell'ambito della fisica dei raggi cosmici che nell'ambito della fisica delle onde gravitazionali.
HERD
L'esperimento HERD (High Energy Cosmic Radiation Detection) è frutto di una collaborazione internazionale che coinvolge diversi istituti di ricerca, in Cina, Italia, Svizzera e Spagna. Il rivelatore effettuerà misure dirette di raggi cosmici e gamma di alta energia a bordo della Stazione Spaziale Cinese, attualmente in costruzione. L'esperimento è stato realizzato sfruttando una tecnica innovativa di calorimetria di alta energia, sviluppata a Firenze in collaborazione con altri istituti italiani, che consentirà di estendere la misura diretta ad energie più elevate di quelle attualmente raggiunte.
L'obiettivo principale dell'esperimento è quello di misurare il flusso della componente nucleare dei raggi cosmici fino ad un'energia di qualche PeV. A queste energie infatti il flusso totale dei raggi cosmici subisce una significativa attenuazione, che si ritiene rappresenti il limite energetico delle sorgenti galattiche. Un’accurata misura diretta dello spettro energetico dei singoli elementi, mai condotta fino ad oggi, rappresenta un passo essenziale per la comprensione dei meccanismi di accelerazione e propagazione in atto all’interno della nostra Galassia. L’esperimento effettuerà inoltre misure accurate del flusso di elettroni e raggi gamma, fornendo dati che potranno potenzialmente mettere in evidenza contributi provenienti da nuove sorgenti di natura astrofisica ordinaria e non, come ad esempio la materia oscura.
Il gruppo fiorentino è attivamente coinvolto nella progettazione del calorimetro e nello sviluppo del codice di simulazione e analisi dei dati.
Referente: Nicola Mori
e-mail: nicola.mori (at) fi infn it
Sito web:
BeER
Beam-monitor with Extreme Range (BeER) è un rivelatore di carica ad ampio range dinamico il cui scopo principale è quello di identificare la carica di ioni di alta energia, come quelli prodotti da acceleratori presso il CERN, o quelli presenti nei raggi cosmici. Il rivelatore ha un ottimo rapporto segnale rumore e range dinamico tale da poter identificare i rilasci tipici di nuclei con numero atomico da 1 a circa 110. La combinazione di PIN diode con un’elettronica progettata da INFN ha permesso di ottenere una risoluzione di carica migliore di 0.25e per tutti i nuclei osservati. Le applicazioni di BeER sono variegate: il monitor di fasci di nuclei ad alta energia (come i fasci nella North Area di CERN-SPS), il monitor di fasci di bassa energia ed alta molteplicità (come quelli utilizzati a BTF -LNF a Frascati), la spazializzazione del sistema per applicazioni in futuri esperimenti di raggi cosmici di nuova generazione, la misura di sezioni d’urto nucleari al momento non conosciute e fondamentali per comprendere al meglio alcuni fenomeni di astrofisica delle alte energie, e altro.
I ricercatori della sezione INFN di Firenze sono stati li ideatori del progetto e si occupano direttamente di tutti gli aspetti del progetto quali: progettazione del rivelatore, assemblaggio, ottimizzazione dell’elettronica, sistemi di acquisizione e monitor, analisi dati e risultati di fisica.
Referente: Lorenzo Pacini
e-mail: lorenzo.pacini (at) fi.infn.it
Sito web:
GAPS
L'esperimento GAPS (General Anti-Particle Spectrometer), frutto di una collaborazione tra Stati Uniti, Italia e Giappone, è stato ideato per lo studio di processi fisici di produzione di antiparticelle (antiprotoni, antideuterio e antielio) nei raggi cosmici, con lo scopo di mettere in evidenza possibili segnature della presenza di materia oscura confinata nell’alone galattico. La tecnica di rivelazione è innovativa e si basa sulla cattura dell'antiparticella di bassa energia nel campo elettrico del nucleo, che porta alla formazione di un atomo esotico in uno stato eccitato. Quando l'atomo si diseccita, emette un fotone nello spettro dei raggi X. Poco dopo l'emissione, a seguito dell'annichilazione della particella di antimateria con la materia di cui è costituito il rivelatore, si misura il deposito energetico di pioni e protoni prodotti nel meccanismo di annichilazione.
Il progetto è stato approvato dalla NASA per un primo volo su pallone in Antartide. Dopo un primo tentativo effettuato nel corso dell'estate australe 2024/2025, il lancio e` stato rimandato all'estate sucessiva, in attesa di condizioni atmosferiche piu` favorevoli. Il gruppo di Firenze è responsabile dello sviluppo del codice di ricostruzione dell’esperimento ed è attivamente impegnato nell’attività di simulazione ed analisi dati.
Referente: Elena Vannuccini
e-mail: elena.vannuccini (at) fi infn it
Sito Web: http://gamma0.astro.ucla.edu/gaps/
KM3NeT
KM3NeT è una infrastruttura di ricerca che comprende diversi rivelatori di neutrini di nuova generazione installati nelle profondità marine: questi sensori sfruttano la luce Cherenkov emessa dalle particelle cariche in acqua prodotte nelle interazioni dei neutrini. Parte dei sensori sono già installati nei siti principali dell’esperimento e già permettono di produrre ottimi risultati scientifici, mentre altri sono in fase di costruzione. Grazie al telescopio KM3NeT/ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) saremo in grado di rivelare neutrini cosmici di alta energia provenienti da sorgenti come supernovae o gamma ray burst. Questo rivelatore è installato a 100 km dalla punta sud-orientale della Sicilia, ancorato al fondo del mare a circa 3500 m di profondità. Il volume finale sarà superiore a quello di IceCube, fornendo fra le altre misure fondamentali sul centro galattico. KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) è installato a largo della costa meridionale della Francia e il suo ambizioso obiettivo scientifico primario è la determinazione della gerarchia di massa dei neutrini, una delle domande fondamentali rimaste aperte nell’ambito della fisica delle particelle. Al completamento del rivelatore, la sua enorme massa di acqua lo renderà il rivelatore più promettente per questa ed altre misure di fisica fondamentale del neutrino. L’INFN è fortemente coinvolto in tutti gli ambiti del progetto, essendo anche il gruppo leader per l’assemblaggio di ARCA e la gestione de
l sito sperimentale in Sicilia. Il gruppo di Firenze è recentemente entrato nell’esperimento e fornisce contributi sia dal punto di vista hardware, con ottimizzazione e aggiornamenti dei sistemi esistenti, sia dal punto di vista del software e analisi dati. KM3NET a Firenze è quindi un’occasione unica sia per ricercatori affermati che per giovani e studenti per avventurarsi nel mondo dei neutrini potendo toccare con mano tutti gli aspetti di questa fisica di frontiera.
Referente: Lorenzo Pacini
e-mail: lorenzo.pacini (at) fi infn it
Sito Web:
LISA
LISA (Laser Interferometer Space Antenna) è il primo interferometro spaziale dell'ESA finalizzato alla rivelazione di onde gravitazionali fra 10-4 e 10-1 Hz, una banda proibita per gli interferometri terrestri. La missione consiste di tre satelliti in formazione di triangolo equilatero di 2.5 milioni di km di lato. I lati del triangolo costituiscono altresì i bracci dell'interferometro. La costellazione di satelliti orbiterà sull'eclittica a 50 milioni di km dalla Terra. LISA consentirà di aprire una finestra sull’Universo gravitazionale in aggiunta a quello elettromagnetico. La missione ha come principali obiettivi scientifici lo studio di sistemi binari compatti e la fusione di buchi neri supermassicci.
La missione LISA Pathfinder, costituita da un unico satellite posto in orbita intorno al primo punto lagrangiano fra il 2016 e il 2017, ha consentito di effettuare il test della strumentazione che verrà posta a bordo di LISA. Il successo della missione LISA Pathfinder, ben oltre le aspettative, ha consentito di studiare il rumore residuo fra due masse di prova in caduta libera che costituivano gli specchi dell'interferometro a 1.5 milioni di km dalla Terra.
Referente: Catia Grimani
e-mail: grimani (at) uniurb.it
Sito Web: https://www.elisascience.org/
VIRGO
Virgo è un interferometro a terra con un braccio di tre chilometri sviluppato per rivelare onde gravitazionali e recentemente incluso in una rete globale di interferometri che include gli interferometri LIGO negli Stati Uniti, che per primi hanno rivelato onde gravitazionali nel 2016.
Virgo, situato a Cascina, una cittadina vicino a Pisa, nel sito dell'Osservatorio Gravitazionale Europeo (EGO) ha rivelato, insieme agli interferometri LIGO, onde gravitazionali provenienti da sistemi binari di buchi neri e stelle di neutroni.
Le onde gravitazionali attraversano lo spazio-tempo deformandolo e producendo dei mini “spaziotempo-moti”. In questo spazio-tempo distorto anche i corpi materiali vengono deformati e le distanze si allungano e si accorciano alternativamente. Se un’onda gravitazionale attraversa Virgo, si stima che la lunghezza dei suoi bracci di 3 km vari di un miliardesimo di miliardesimo di metro, meno di un millesimo del raggio di un protone. Un effetto veramente piccolo che testimonia un violento evento astrofisico avvenuto a migliaia di anni-luce da noi!
Referente: Gianluca M Guidi
e-mail: gianluca.guidi (at) uniurb.it
Sito Web: http://public.virgo-gw.eu; virgo.uniurb.it
