La mostra “Atomi di immaginazione”, tappa fiorentina della 5ª edizione del progetto europeo Art & Science across Italy organizzato dall’INFN, ha inaugurato oggi presso la sede di Arcetri del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze, in Largo Enrico Fermi 2.

L’esposizione presenta creazioni artistiche ispirate alla ricerca in fisica, realizzate dagli studenti dei licei artistici di Firenze e Prato. Le opere migliori saranno premiate il 13 marzo 2026 durante una cerimonia al GGI – Galileo Galilei Institute.

Per ulteriori informazioni: Andrea.Tesi@fi.infn.it 

Locandina in alta risoluzione: [link]

 Opere: [link]

Il lancio è avvenuto nell’ambito delle attività della base LDB (Long Duration Balloon) della Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF) della NASA, una struttura unica al mondo che opera in Antartide a circa 78 gradi di latitudine Sud. Qui le particolari condizioni atmosferiche permettono ai palloni stratosferici di compiere voli di lunga durata, anche di diverse settimane, seguendo traiettorie circolari attorno al Polo Sud. Questo consente agli scienziati di raccogliere grandi quantità di dati in un ambiente ideale per lo studio dei raggi cosmici.

L’obiettivo scientifico di GAPS è ambizioso: studiare la rarissima componente di antimateria presente nei raggi cosmici, con particolare attenzione agli anti-nuclei a bassa energia, come anti-protoni, anti-deuterio e anti-elio. La possibile osservazione di questi segnali potrebbe fornire indizi fondamentali sulla natura della materia oscura, una delle grandi questioni ancora aperte della fisica moderna.

Per farlo, GAPS utilizza una tecnica innovativa. Quando una particella di antimateria entra nel rivelatore, viene catturata dagli atomi del materiale e forma un atomo esotico. L'annichilazione dell'antinucleo e il decadimento dell’atomo esotico emettono segnali caratteristici. Analizzando questi segnali, gli scienziati possono identificare con precisione il tipo di antiparticella osservata.

Un contributo chiave allo sviluppo dell’esperimento arriva dall’Italia. La componente italiana della collaborazione ha progettato e realizzato per il tracciatore, basato su sensori al silicio, un sofisticato sistema di elettronica di lettura e alimentazione, in grado di individuare pochissimi eventi di interesse all’interno di un enorme flusso di particelle cosmiche.

Questa è la seconda campagna di volo di GAPS. Membri dei gruppi italiani hanno contribuito in modo significativo a entrambe le campagne. Nel 2024 il lancio non era stato possibile a causa di condizioni meteorologiche sfavorevoli, mentre quest’anno il decollo è avvenuto dopo appena una settimana di attesa. Il team internazionale continuerà a seguire il volo e l’acquisizione dei dati fino a gennaio, operando tra la base di McMurdo e la base LDB della CSBF.

La collaborazione GAPS, sponsorizzata dalla NASA, coinvolge istituzioni di ricerca degli Stati Uniti, del Giappone e dell’Italia. La partecipazione italiana, sostenuta dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), comprende ricercatori dell’INFN e delle Università di Firenze, Pavia, Bergamo, Napoli, Torino, Roma Tor Vergata e Trieste.

Boezio Mirko, responsabile nazionale della collaborazione italiana GAPS, commenta: 
«Siamo lieti di annunciare che l’esperimento, a cui ci siamo dedicati con grande impegno, ha finalmente preso il volo. Dopo la campagna antartica del 2024, durante la quale condizioni di vento avverse avevano impedito il lancio, quest’anno l’obiettivo è stato raggiunto in appena una settimana.
 Questo successo dimostra come l’impegno e la dedizione di ricercatori provenienti da diversi Paesi, uniti da un obiettivo comune, possano contribuire in modo significativo alla scienza, nella speranza di svelare alcuni degli ultimi misteri dell’Universo, come la natura della materia oscura. Ringraziamo tutti i colleghi italiani che hanno collaborato alla realizzazione dell’esperimento negli anni e che in questi giorni stanno analizzando i dati raccolti».

n. TD/LNS/C6/27519 per l'assunzione presso la Sezione di Firenze di una unità di personale con contratto di lavoro subordinato a tempo determinato della durata di 12 mesi con profilo di  Collaboratore Tecnico E.R. VI livello professionale. Macroattività: Meccanica

Scadenza 28 febbraio 2025

Il bando si può trovare  sul sito: http://www.ac.infn.it/ (link opportunità di lavoro) oppure https://jobs.dsi.infn.it/

Il bando é disponibile qui: https://jobs.dsi.infn.it/borseassegni/pdf/getfile.php?filename=27110.pdf

Scadenza del bando: 31/01/2025.

Bringing light dark matter to light by looking up at the sky

Tipologia Progetto PRIN 20228WHTYC  CUP_I53C24002320006

Settore ERC: PE2_1 - Theory of Fundamental Interactions

Responsabile Nazionale: Andrea Tesi (INFN)

altri Istituti coinvolti:

- Università di Torino, resp. Marco Regis

- Università di Padova, resp. Antonio Maserio

Most of the matter in our universe must be non-baryonic. Observations accumulated over the last few decades show that some form of dark matter is the invisible scaffolding that holds the visible universe together. The remarkable and indisputable evidence is stillaccompanied by an aura of mystery about the particle origin and composition of this important constituent of our universe.The goal of this proposal is to provide a comprehensive roadmap for the discovery of light dark matter in its different incarnations.Guidance from the theory and new observational strategies are clearly necessary to make progress. Our starting point will be the construction of effective fieldtheories valid in the regime probed by indirect detection searches. Our focus will be on the electromagnetic radiation produced indark matter halos via decay, annihilation, or formation of bound states. Then we will adopt a multi-frequency approach (radio,infrared, optical, X-rays) and have access to the present and upcoming state-of-the-art observational data across theelectromagnetic spectrum. This allows us to perform a comprehensive search for particle dark matter candidates with mass frommicro-eV to sub-GeV. The effective field theory framework breaks down once we look at physical processes in the early universewhere high temperatures bring new degrees of freedom from the dark sector into play. For this reason, we will also provide explicitmicroscopic models for light dark matter that allow us to exploit the complementarity among different observational probes. In particular, we will focus on deviations from the cold dark matter paradigm induced by light candidates at cosmological scales thatcan be probed through the cosmic microwave background and the distribution of matter at large scales in the universe.

EPSI – Development of a new detection technique for indirect dark matter search with the Electron Positron Space Instrument (EPSI)

Tipologia Progetto PRIN 2022C5PHBB - CUP I53D23000650006 M4.C2.1.1

Settore ERC: PE9_12 - High-energy and particle astronomy 

Responsabile Scientifico: Eugenio Berti (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

Altri istituti: Università degli studi di Firenze - responsabile Alberto Camaiani

EPSI è un Progetto di ricerca di rilevante interesse nazionale (PRIN) che ambisce a studiare la fattibilità di un futuro esperimento spaziale per la misura del flusso di elettroni e, separatamente, di positroni nei raggi cosmici di alta energia. L'idea alla base è discriminare il segno della carica sfruttando la rivelazione simultanea della radiazione di sincrotrone emessa da queste particelle al loro passaggio nel campo magnetico terrestre. La sfida principale consiste nello sviluppo di un rivelatore di raggi X che abbia le caratteristiche necessarie al caso di fisica considerato, cioè ad alta efficienza di rivelazione nella regione di bassa energia, a basso costo di realizzazione e scalabile a una grande superficie.

I risultati del progetto porranno le basi per la progettazione di un futuro esperimento spaziale dedito alla misure di elettroni e positroni di alta energia, di importanza fondamentale per la comprensione dell’origine dell’eccesso di positroni osservato dall’esperimento PAMELA, il quale costituisce ad oggi uno degli effetti più interessanti tra quelli che possono condurre ad un’evidenza indiretta della materia oscura.

 GAIA - New integrated experimental and modelling tools for Georeferenced source apportionment of Aerosol clImate-relevant parameters from the Mediterranean area till the Arctic

Tipologia Progetto PRIN 20229JLCRZ - CUP I53D23002000006 M4.C2.1.1

Settore ERC: PE10_1 Atmospheric chemistry, atmospheric composition, air pollution

Responsabile Scientifico INFN: Giulia Calzolai

Altri istituti:

- Università degli Studi di Milano, Responsabile: Vera Bernardoni

- Università degli Studi di Milano-Bicocca, Responsabile: Luca Ferrero

- Consiglio Nazionale delle Ricerche, Responsabile: Luca Di Liberto

L'Artico sta vivendo un cambiamento climatico senza precedenti, riscaldandosi a una velocità fino a quattro volte superiore rispetto alla media globale, un fenomeno noto come "Amplificazione Artica" (AA). Nonostante i progressi nella modellizzazione del cambiamento climatico, rimangono ancora grandi incertezze riguardo al ruolo del particolato atmosferico (PM, o aerosol) e il suo impatto sull'AA. In questo contesto, una descrizione dettagliata della variabilità spaziale delle proprietà del PM è cruciale per comprendere meglio il loro effetto sul riscaldamento artico.

Per affrontare queste sfide, il progetto GAIA ha sviluppato una nuova infrastruttura di ricerca, GAInfrA, che ospita strumentazione avanzata per la caratterizzazione dell'aerosol e altre misure atmosferiche. Questa infrastruttura è progettata per essere utilizzata su navi da ricerca, permettendo così la raccolta di dati in aree remote e difficilmente accessibili dell'Artico, ed è stata utilizzata nell’estate 2024 a bordo della rompighiaccio Polarstern, operata dall'Istituto Alfred Wegener di Bremerhaven (Germania), Helmotz Zentrum per la ricerca polare e marina.

Nell’ambito di GAIA, saranno integrati approcci modellistici avanzati, fornendo così nuovi strumenti per l’analisi dei dati raccolti. Un aspetto cruciale del progetto GAIA sarà lo studio delle dinamiche meteorologiche che influenzano le sorgenti di aerosol e i loro effetti sul clima. Questo include l'analisi della distribuzione verticale del PM, fondamentale per comprendere come questo influenzi il trasporto di calore dalle medie latitudini all'Artico.

Grazie all'innovativa infrastruttura GAInfrA, agli strumenti modellistici sviluppati e alle campagne di misura previste, GAIA contribuirà a colmare le lacune esistenti nei dati e fornirà preziose informazioni per migliorare i modelli climatici, utili a sviluppare strategie più efficaci per affrontare il cambiamento climatico globale.

 Progetti guidati da altri istituti:

ComonSens – A Compensated Design of Thin Silicon Sensors for Extreme Fluences

Tipologia Progetto PRIN 2022RK39RF - CUP I53D23001380006 M4.C2.1.1

Settore ERC: PE2_3 - Experimental particle physics with accelerators

Responsabile Scientifico: Valentina Sola (Università di Torino)

Altri istituti:

- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Responsabile: Lucio Anderlini

- Istituto Officina dei Materiali (IOM) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Responsabile: Francesco Moscatelli

ComonSens è un Progetto di ricerca di rilevante interesse nazionale (PRIN) e il suo scopo è lo studio della rimozione di atomi accettori e donori in sensori LGAD n-in-p e p-in-n.

I risultati di ComonSens saranno fondamentali per l'implementazione e la realizzazione dei sensori LGAD compensati, necessari per lo sviluppo di tracciatori in 4D fino a fluenze estreme.

Begam – Design and building of a setup for the detection of beta emitter contaminants in radiopharmaceutical drugs in medical diagnostics.

Tipologia Progetto PRIN 2022MMTJ4T - CUP I53D23004970006 M4.C2.1.1

Settore ERC: LS-07-

Responsabile Scientifico INFN: Adriana Nannini 

Altri istituti:

- Azienda Ospedaliera Univeritaria Careggi (AOUC), Responsabile scientifico del progetto: Alessandro Passeri

 ll progetto Begam consiste nello sviluppo di un sistema compatto e versatile per la rilevazione di contaminanti all’interno di soluzioni radioisotopiche impiegate nella produzione di radiofarmaci. In particolare l’obiettivo è quello di realizzare un sistema di rivelatori capace di identificare e stimare la presenza di emettitori di particelle beta in questo tipo soluzioni, attraverso misure di spettroscopia beta-gamma con tecniche di coincidenza o anticoicidenza tra i diversi rivelatori. L’individuazione di questo tipo di emettitori è cruciale per garantire che i radiofarmaci siano sicuri, evitando ai pazienti esposizioni superflue alla radiazione. 

Il design originale del sistema Begam prevede una struttura costituita da otto scintillatori inorganici destinati alla spettroscopia gamma, opportunamente sagomati in modo da circondare un cilindro cavo di scintillatore plastico per la spettroscopia beta. Lo scintillatore plastico è dotato di un foro lungo l'asse centrale per ospitare il campione di materiale radioattivo. Questa geometria è stata scelta per avere una copertura più completa possibile dell’angolo solido intorno alla sorgente.

4D-Share - DC-coupled resistive readout in silicon sensors with internal gain: signal sharing for ultimate time and space resolution in future 4D tracking

Tipologia Progetto PRIN 2022KLK4LB - CUP I53D23001240006 M4.C2.1.1

Settore ERC: PE - Physical Sciences and Engineering

ERC subfields: PE2_3 Experimental particle physics with accelerators

Responsabile Scientifico INFN: Lorenzo Viliani

Capofila: Università degli Studi del PIEMONTE ORIENTALE "Amedeo Avogadro" Vercelli, Responsabile: Roberta Arcidiacono

Breakthroughs in understanding nature are made possible by developing increasingly accurate experimental apparatuses, such as silicon-based tracking systems able to measure the direction of particles generated in the collisions. Since their first appearance, silicon tracking detectors underwent a remarkably fast evolution.

Recent developments in sensor design are opening the way to 4D-tracking detectors, able to measure concurrently position and time of passage of a charged particle using the same sensitive device. The ongoing R&D path based on the innovative Low Gain Avalanche Diode (LGAD) technology, delivered sensors with excellent time resolution (~30 ps), the standard LGADs, and more recently TI-LGADs, and AC-coupled resistive LGADs [1], addressing the feasibility of pixels arrays with an 100% active area and micron-level spatial resolutions.

This proposal brings a new paradigm in high accuracy particle tracking, by introducing controlled signal sharing in the principles of operation of silicon sensors, exploited by innovative signal reconstruction methods. The sensor is designed as a thin LGAD with a resistive DC-coupled read-out, also called DC-coupled Resistive Silicon Detector (DC-RSD).

The spatial resolution of a silicon detector is typically proportional to the pixel size of the sensor: resolution of the order of 5-10 microns can be achieved with millions of tiny pixels (25x25 square microns). This is technically difficult to implement and leads to very limited space for the electronics devoted to signal processing.

In the DC-RSD design, a single large resistive layer with an uniform response replaces the array of separate implants. Similarly to the AC-LGADs, the pixelation of the sensor is determined by the layout of the read-out metallic pads. The built-in signal sharing, typical of a resistive read-out, is combined with the internal gain of LGADs, to achieve micron-level position resolution with large pixels (200x200 square microns). The DC-coupled read-out aims to achieve controlled sharing of the signals over the sensor surface, to guarantee a uniform performance.

The DC-RSD design breaks the relationship between pixel size and spatial resolution, allowing to keep the same resolution with 100 times larger area pixels. The pixel size is determined by the particle density. The main goals of the project are:

- Fully develop the concept of DC-coupled resistive read-out; optimize the design using analytic modeling, TCAD and SPICE

- Design and produce thin silicon sensors that combine built-in sharing with internal gain (one prototype run of DC-RSD)

- Perform full characterization of the production, with static and dynamic measurements in the laboratory (new and irradiated devices)

- Develop analytic and machine learning reconstruction codes for the estimate of hit position and time

The DC-RSD sensors will benefit all fields of science that make use of particle localization.

Bubble Dynamics in Cosmological Phase Transitions 

Tipologia Progetto PRIN 20227S3M3B - CUP I53C24002310006

Settore ERC: PE2_1 - Theory of Fundamental Interactions
Responsabile Scientifico: Luigi Delle Rose (Università della Calabria)
Altri istituti:

- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Responsabile: Francesco Bigazzi

- Università degli Studi di Roma "La Sapienza", Responsabile: Alfredo Urbano 

The early Universe represents a unique laboratory for frontier physics, providing extreme conditions and amazing chances to test theoretical models. A large class of cosmological phenomena may allow us to probe particle physics at energy scales much beyond the reach of current and future colliders. Within this class, first order phase transitions cover a privileged role since they may leave behind several imprints. Among the others, a stochastic background of gravitational waves (GWs) could be the only experimental handle to physics beyond the Standard Model. The crucial properties of cosmological relics depend on the dynamics of the bubbles nucleated during the phase transition. Despite its fundamental importance, a satisfactory comprehension of this dynamics is still missing, due to the many theoretical challenges endowing its study. The goal of the present project is to perform a substantial step forward in the quantitative theoretical description of the bubble dynamics, allowing for unprecedented precision in the extraction of physical observables such as the bubble speed or efficiency factors. Moreover, these data will be employed to study possible scenarios beyond the Standard Model of particle physics, e.g. linked to electroweak baryogenesis or to dark matter sectors undergoing the phase transition generating the bubbles.

Quantum sensing and precision measurements with nonclassical states

Tipologia Progetto PRIN 2022TYN8A5 - CUP I53D23001460006 - M4.C2.1.1.

Settore ERC:  PE2_17 Metrology and measurement

Responsabile Scientifico: Leonardo Salvi (Università degli Studi di Firenze) 

Altri istituti:

- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Responsabile: Gabriele Rosi

- Consiglio Nazionale delle Ricerche, Responsabile: Augusto Smerzi

L'obiettivo del progetto è lo sviluppo di nuove tecnologie quantistiche basate sull'entanglement con stati compressi, al fine di spingere la sensibilità dei sensori basati sull'interferometria atomica oltre il cosiddetto Limite Quantistico Standard (SQL). L'attività sarà incentrata sui gradiometri a stronzio con stati compressi, realizzati tramite l'interazione atomo-luce con una cavità ottica esistente. Partendo dai risultati del PRIN2015 (Interferometro Atomico Avanzato per Esperimenti su Gravità e Fisica Quantistica e Applicazioni alla Geofisica) e del progetto QuEGI (Quantum Enhanced Gravity Interferometry), dimostreremo schemi innovativi che sfruttano l'entanglement quantistico per produrre e utilizzare stati non classici in un insieme di atomi ultrafreddi. In futuro, ciò consentirà un aumento della sensibilità di rilevazione di ordini di grandezza.

n. TI/INFN/R3/27373 per l'assunzione di 10 unità di personale con contratto di lavoro subordinato a tempo indeterminato con profilo professionale di Ricercatore III livello per attività nel campo della fisica teorica delle interazioni fondamentali.

Scadenza 9 gennaio 2025

Il bando si può trovare  sul sito: http://www.ac.infn.it/ (link opportunità di lavoro) oppure https://jobs.dsi.infn.it/

n. 27413/2024 n. 1 Assegno di Ricerca Scientifica Senior Fascia 3 sul tema: “Sviluppo di applicazioni di radiografia muonica in ambiti multidisciplinari”

Scadenza 27 dicembre 2024

Il bando si può trovare  sul sito: http://www.ac.infn.it/ (link opportunità di lavoro) oppure https://jobs.dsi.infn.it/

n. TD/PI/C7/27187  per l'assunzione presso la Sezione di Firenze di una unità di personale con contratto di lavoro subordinato a tempo determinato della durata di 24 mesi con profilo di Collaboratore di Amministrazione di VII livello professionale, presso il Servizio di Amministrazione per attività amministrativo-contabile per la gestione di missioni e liquidazione, pagamento fatture nazionali ed estere

Scadenza 21 novembre 2024

Il bando si può trovare  sul sito: http://www.ac.infn.it/ (link opportunità di lavoro) oppure https://jobs.dsi.infn.it/