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Fisica nucleare e subnucleare

Nel gruppo di fisica nucleare e subnucleare vengono studiate le interazioni fondamentali delle particelle elementari e le proprietà dei nuclei attraverso esperimenti condotti presso grandi laboratori nazionali e internazionali. Le particelle fondamentali e i mediatori delle forze sono studiati con grandi rivelatori a collisionatori ad alta energia come il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Anche le proprietà nucleari della materia e la formazione del plasma di quark e gluoni (quark-gluon plasma) sono studiate nello stesso complesso di acceleratori. I neutrini hanno proprietà peculiari e il loro studio richiede strutture dedicate con lunghe linee di fascio. Un'altra linea di ricerca utilizza le particelle naturali prodotte nel Cosmo per studiare aspetti della fisica nucleare o subnucleare in modo complementare. Le attività condotte seguono tutte le fasi di sviluppo dei grandi esperimenti, con intervalli di tempo di circa 10-15 anni: ricerca e sviluppo di nuovi strumenti per la rivelazione delle particelle, progettazione di esperimenti tramite studi di fattibilità e simulazioni Monte Carlo dei processi in analisi, implementazione, controllo e calibrazione degli strumenti sperimentali, acquisizione dati e loro analisi statistica. Queste attività di ricerca hanno il supporto diretto dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) che, grazie alla sezione locale di Bologna e al centro nazionale per il calcolo CNAF, fornisce laboratori, rivelatori, strumentazione, potenza di calcolo, finanziamenti e personale tecnico e di ricerca.

Fisica delle particelle ad alta energia con acceleratori

Gli acceleratori di particelle come il Large Hadron Collider (LHC) del CERN sono strumenti perfetti per verificare la nostra conoscenza della descrizione microscopica dell’Universo, racchiusa nel cosiddetto Modello Standard (MS) della fisica delle particelle. Al contempo, sappiamo che il MS è incompleto e gli esperimenti con acceleratori offrono una guida essenziale per lo sviluppo della teoria. Gli esperimenti di LHC possono aprire una finestra per la fisica Oltre il Modello Standard (Beyond Standard Model, BSM), producendo direttamente nuove particelle alle energie estreme raggiungibili dall'acceleratore o osservando piccole deviazioni dalle predizioni della fisica nota.

ATLAS, CMS, LHCb, SHiP, MUonE

Fisica nucleare

Lo studio delle reazioni nucleari e la misura delle loro sezioni d’urto offrono un collegamento diretto verso la comprensione di diversi meccanismi astrofisici e cosmologici, come l’evoluzione delle specie chimiche presenti nella nostra Galassia e la nucleosintesi avvenuta contestualmente al Big Bang. Inoltre, la conoscenza del modo in cui i nuclei si frammentano quando interagiscono ha importanti implicazioni per le applicazioni mediche, come l’adroterapia per i trattamenti oncologici. Su scale di energia maggiori, le collisioni di ioni pesanti a LHC sono capaci di indurre un peculiare stato nucleare con densità di energia molto alte, noto come plasma di quark e gluoni (quark-gluon plasma),  che si crede sia esistito nei primissimi istanti dell’Universo.

ALICE, FAMUFOOTn_TOF, NUCL-EX

Fisica dei neutrini

La scoperta della massa non nulla dei neutrini mediante il fenomeno delle oscillazioni ha fornito la prima evidenza sperimentale di fisica oltre il Modello Standard (BSM). Accanto alla misura precisa dei nuovi parametri fondamentali del MS esteso, è anche necessario comprendere quali possano essere i meccanismi capaci di generare masse tanto piccole. In particolare, l’indagine sperimentale sulla vera natura dei neutrini può fornire preziosi indizi su scale di energia estremamente elevate legate all’unificazione delle forze fondamentali.

NU@FNAL, ENUBET, CUORE

Fisica delle astroparticelle e Cosmologia

Il cosmo è un enorme laboratorio che permette di sondare le leggi fondamentali della fisica usando un approccio complementare a quello degli esperimenti con acceleratori. Vengono realizzati esperimenti sotterranei, sottomarini e nello spazio per rispondere ad alcune domande fondamentali: quali meccanismi astrofisici sono capaci di produrre i raggi cosmici e i neutrini ultra-energetici osservati sperimentalmente? Quale sfuggente forma di materia costituisce la maggior parte dell’Universo osservabile? Quale tipo di energia è responsabile dell’accelerazione dell’Universo?

 AMS, DarkSide, KM3, LVD,  Euclid, XENON

Ricerca e Sviluppo di rivelatori, trasferimento tecnologico e Computing

L'enorme complessità degli esperimenti di fisica fondamentale richiede di operare con tecnologie di frontiera e la storia testimonia che questi sviluppi hanno sempre prodotto sul lungo termine ricadute a beneficio dell’intera società. Per soddisfare i limiti tecnologici richiesti dagli esperimenti di fisica nucleare e subnucleare, sono in fase di costruzione rivelatori con risoluzioni temporali e spaziali sempre maggiori. Q

Questo, a sua volta, invita a considerare nuove soluzioni in ambito sia elettronico sia del software e del calcolo per poter sostenere e gestire l’enorme flusso di dati in arrivo dai rivelatori.

TIMESPOT, OPH

Persone

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Andrea Alici

Professore associato

parole chiave: LHC, fisica delle alte energie, fisica degli ioni pesanti
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Silvia Arcelli

Professoressa associata

parole chiave: 1) Fisica sperimentale nucleare e subnucleare, Quark Gluon Plasma, Cromo Dinamica Quantistica, Ricerca di Fisica oltre
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Giuseppe Baldazzi

Professore associato

parole chiave: Radiologia Multi-Energy con fasci monocromatici, Rivelatori della radiazione X e gamma, Coefficiente di assorbimento
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Daniele Bonacorsi

Professore ordinario

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Lorenzo Capriotti

Assegnista di ricerca

Tutor didattico

parole chiave: CERN, LHCb, sperimentale, fisica delle particelle, spettroscopia esotica, universalità leptonica, decadimenti rari,
parole chiave: CERN, ATLAS, Fisica delle alte energie, Fisica Esotica, Fisica oltre il Modello Standard
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Andrea Castro

Professore associato confermato

parole chiave: collider adronici, eventi multijet, collider adronici, top quark, fisica alte energie

Luca Clissa

Dottorando

parole chiave: Deep Learning; Computer Vision; Quantum Computing
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Andrea Contin

Professore ordinario

parole chiave: forze fondamentali, astrofisica delle particelle, fisica sperimentale nucleare e subnucleare, sistemi di gestione

Stefano De Castro

Ricercatore confermato

parole chiave: Calorimetria elettromagnetica, Ricerca di stati esotici, Spettrometri per neutroni, Sistemi di trigger veloci, Fisica
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Laura Fabbri

Professoressa associata

parole chiave: Large Hadron Collider - LHC, fisica delle alte energie, fisica con acceleratori, misura della luminosità, particelle
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Alessandra Fanfani

Professoressa associata

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Fabio Ferrari

Ricercatore a tempo determinato tipo a) (junior)

parole chiave: INFN, LHCb, Fisica del sapore, Quarks, CKM, CERN
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Paolo Finelli

Professore associato

parole chiave: Ipernuclei, Violazione di parita' nei nuclei, Dinamica chirale nel mezzo nucleare, Fisica dei nuclei esotici, Approcci
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Matteo Franchini

Ricercatore a tempo determinato tipo a) (junior)

parole chiave: Higgs, top, Esotica, BSM, Heavy neutrino, seesaw, Majorana neutrino, LHC, CERN, ATLAS, boosted, Kalman Filter, particle
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Domenico Galli

Professore associato confermato

parole chiave: Calcolo distribuito, Trigger sperimentale, Sistemi di controllo, Triangolo Unitario, Griglia computazionale, Violazione
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Luigi Guiducci

Professore associato

parole chiave: higgs, lhc, cms, trigger, muoni
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Giuseppe Levi

Ricercatore confermato

parole chiave: Silicon Photomultiplier, Astroparticle physics, SiPM, ZEUS, AMS-02, Neutrino
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Serena Maccolini

Dottoranda

Tutor didattico

parole chiave: LHC CERN LHCb HEP Charm

Alice Manna

Assegnista di ricerca

parole chiave: Fisica dei neutroni, Astrofisica Nucleare, Tecnologie Nucleari innovative
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Daniele Manuzzi

Dottorando

Tutor didattico

parole chiave: LHCb, CERN, Fisica delle alte energie
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Cristian Massimi

Ricercatore a tempo determinato tipo b) (senior)

parole chiave: Astrofisica Nucleare, processo s, Fisica dei neutroni, misure di sezioni d'urto, Tecnologie nucleari innovative
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Nicoletta Mauri

Ricercatrice a tempo determinato tipo b) (senior)

parole chiave: Fisica del neutrino, oscillazioni dei neutrini, DUNE, Fisica delle astroparticelle e Cosmologia, Euclid

Elisabetta Montagna

Dottoranda

Tutor didattico

parole chiave: neutrino, DUNE, fotorivelatori, SiPM
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Laura Pasqualini

Assegnista di ricerca

parole chiave: Fisica del neutrino, Rivelatori di particelle

Valerio Pia

Dottorando

Assegnista di ricerca

parole chiave: adroterapia, fisica nucleare, radiobiologia, analisi dati, acquisizione dati, FOOT, radioprotezione
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Lorenzo Rinaldi

Professore associato

parole chiave: Fisica delle Particelle Elementari
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Tiziano Rovelli

Professore associato

parole chiave: rivelatore di particelle, muoni, radioterapia metabolica, Monte Carlo, neutrino, scintillatore, ipertermia, Moodle,

Gilda Scioli

Professoressa associata

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Maximiliano Sioli

Professore associato

parole chiave: Fisica delle alte energie, Fisica oltre il Modello Standard, Fisica agli acceleratori, Modelli di massa del neutrino
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Gian Piero Siroli

Ricercatore confermato

parole chiave: Infrastrutture di calcolo in Fisica Subnucleare, CMS, LHC, Fisica delle Alte Energie, Rivelatori di particelle,
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Maurizio Spurio

Professore ordinario

parole chiave: Aspetti multi-messaggeri dell'astrofisica con neutrini, Fisica delle particelle
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Sara Valentinetti

Professoressa associata

parole chiave: ATLAS, Luminosità, TDAQ
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Mauro Villa

Professore ordinario

parole chiave: quark pesanti, Luminosità, annichilazione p-pbar, Fisica delle particelle, Violazione della simmetria CP, Fisica
parole chiave: FOOT, Frammentazione nucleare, Analisi dati
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Antonio Zoccoli

Professore ordinario

parole chiave: Sistemi di trigger veloci, Intelligenza Artificiale, Studio dei quark pesanti, Calorimetria elettromagnetica,
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Stefano Zucchelli

Professore associato

parole chiave: AlteEnergie, decadimento doppio beta senza neutrini, CERN, LHC-b, fisica agli acceleratori di particelle, Esperimento