Ricerca tecnologica e interdisciplinare
all'INFN di Padova
La ricerca di Gruppo 5 ha come scopo lo sviluppo e il miglioramento di rivelatori, di strumenti scientifici e di tecniche sperimentali, che si usano negli esperimenti e nell’esplorazione dei fenomeni fisici. Un ruolo rilevante è rappresentato dall’applicazione di tecniche e strumenti della fisica ad altri campi delle scienze, quali, ad esempio, biologia e medicina.
A Padova l’attività di innovazione – che da sempre si dedica ai rivelatori e alla microelettronica – si è di recente estesa alla computer science e alle tecnologie quantistiche.
Talvolta la ricerca scientifica di base può avere applicazioni pratiche, industriali o commerciali. Nella Commissione Scientifica Nazionale 5 (CSN5) ricercatori e ricercatrici trovano l’ambiente adatto per gli sviluppi applicativi, che vengono successivamente finalizzati nell’ambito di altre iniziative dell’ente.
La sezione INFN di Padova partecipa alle seguenti attività di ricerca:
Esperimenti
Acceleratori
Computer Science
Rivelatori
Elettronica
Fisica Interdisciplinare
Tecnologie Quantistiche
AI_INFN
AI_INFN è un’iniziativa volta a promuovere l’adozione delle tecnologie di machine learning e di intelligenza artificiale nei cinque settori di ricerca dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
È attiva dal 2023 e si è evoluta dalla precedente iniziativa ML_INFN. Coinvolge quattordici unità dell’INFN, tra cui l’INFN CNAF e ReCaS-Bari, che forniscono la maggior parte delle risorse di calcolo. È organizzata in quattro pacchetti di lavoro dedicati a infrastruttura, training, casi d’uso scientifici e acceleratori hardware oltre alle GPU (ossia FPGAs e Computer Quantistici), oltre a un comitato tecnico.
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ASPIDES
ASPIDES (CMOS SPAD and Digital SiPM Platform for High Energy Physics) è un progetto che si concentra sullo sviluppo di fotorivelatori avanzati basati su tecnologie a semiconduttore (CMOS SPAD) per applicazioni di fisica delle alte energie.
DIOMEDES
DIOMEDES (Detector Innovation and custOM Electronics for DEcay Spectroscopy) è un progetto di ricerca tecnologica che ha l’obiettivo di sviluppare rivelatori avanzati al Germanio (Ge) ed elettronica personalizzata per la spettroscopia di decadimento dei prodotti di reazione, destinati principalmente all’impianto SPES presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL).
DOCET
L’esperimento DOCET è un progetto di R&D che studia e sviluppa rivelatori a microstrip di Zaffiro, una tecnologia innovativa progettata per il tracciamento e la rivelazione di particelle con alta precisione spaziale e temporale.
HISOL NEXT
Negli impianti per fasci di ioni radioattivi (RIB) basati sulla tecnica ISOL, un fascio primario ad alta energia colpisce un bersaglio producendo isotopi radioattivi, successivamente ionizzati, estratti e accelerati. Questi fasci sono utilizzati nella fisica nucleare e in applicazioni come la medicina. Per garantire efficienza, bersaglio e sorgente ionica operano in alto vuoto e a temperature molto elevate (1600–2200 °C). Le strutture ISOL di nuova generazione richiedono prestazioni superiori, evidenziando i limiti delle tecnologie convenzionali. I progetti HISOL e HISOL_NEXT sviluppano soluzioni innovative, inclusa la produzione tramite Additive Manufacturing, per migliorare bersagli, sorgenti e componenti ausiliari destinati all’operatività avanzata presso l’impianto SPES.
MAAT
Gli acceleratori di particelle sono infrastrutture cruciali per la ricerca, la medicina, l’industria e la sicurezza. Le future strutture, come il FCC-ee e il Muon Collider, richiederanno componenti altamente integrati, compatti e complessi, con precisione dimensionale, prestazioni RF e stabilità termica e meccanica senza precedenti. Nuove tecnologie di fabbricazione potrebbero rendere questi progetti più ePicienti ed economici, applicabili sia a sistemi superconduttori sia a quelli a conduzione normale.
Il programma di ricerca MAAT esplora approcci innovativi, tra cui la produzione Wire Laser Additive Manufacturing (WLAM) combinata con lavorazione CNC per cavità RF da 1.3 GHz;
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) per conduttori di corrente, distanziali di estremità dei magneti e cavità da 6 GHz con canali di raPreddamento integrati; sviluppo e caratterizzazione di nuovi materiali tramite LPBF; elettrolucidatura al plasma per superfici ultra-lisce e pulizia chimica dei canali interni.
MAAT valuterà sistematicamente le prestazioni elettromagnetiche, termiche e meccaniche dei prototipi rispetto allo stato dell’arte e convaliderà i processi produttivi su scala pilota, dimostrandone fattibilità e riproducibilità.
QUTE FDS
Il progetto QUTE FDS mira a migliorare la sensibilità dei futuri rivelatori di onde gravitazionali, contrastando il rumore quantistico causato dalle fluttuazioni del vuoto nell’interferometro. Nelle prossime generazioni di rivelatori, le tecniche attuali non basteranno a ridurlo su tutte le frequenze.
QUTE FDS andrà a validare una soluzione innovativa basata sul teletrasporto quantistico, utilizzando stati di luce correlati per modificare le proprietà del vuoto in ingresso. Ciò permetterà di abbattere il rumore su un’ampia banda senza aggiungere complessi elementi ottici. L’attività sperimentale prevede la realizzazione di una sorgente di squeezed vacuum in laboratorio per testare il metodo e valutarne l’applicazione nei futuri osservatori.
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