Ricerca tecnologica e interdisciplinare all'INFN di Padova
È con uno sguardo innovativo che si può scoprire qualcosa di nuovo! Innovazione e interdisciplinarità sono parole d’ordine per le attività di ricerca della Commissione Scientifica Nazionale 5 (CSN5).
Nuove idee sono alla base dello sviluppo e del miglioramento di rivelatori, di strumenti scientifici e di tecniche sperimentali, che si usano negli esperimenti e nell’esplorazione dei fenomeni fisici, gestiti nelle altre Commissioni Scientifiche dell’INFN. A Padova l’attività di innovazione – che da sempre abbraccia i rivelatori di particelle e di radiazione e la microelettronica – si è di recente estesa alla computer science e alle tecnologie quantistiche.
Un ruolo rilevante è rappresentato dall’applicazione di tecniche e strumenti della fisica ad altri campi delle scienze, quali, ad esempio, biologia e medicina.
Talvolta la ricerca scientifica di base può avere applicazioni pratiche, industriali o commerciali. Nella CSN5 i ricercatori trovano l’ambiente adatto per gli sviluppi applicativi, che vengono successivamente finalizzati nell’ambito di altre iniziative dell’ente.
La CSN5 ha un occhio di riguardo per i giovani scienziati: ogni anno viene pubblicato un bando dedicato ai neo-dottori di ricerca.
Acceleratori
Computer science
Rivelatori
Elettronica
Fisica
Interdisciplinare
Tecnologie
Quantistiche
ARCADIA
I sensori a semiconduttore, utilizzati come rilevatori di particelle in fisica da circa 40 anni, vengono continuamente migliorati per affrontare nuove sfide. Il progetto ARCADIA sta sviluppando sensori pixel all’avanguardia per i rivelatori di particelle del futuro; non solo per le applicazioni in esperimenti di fisica delle particelle agli acceleratori, come LHC e oltre, ma anche per la fisica astroparticellare nello spazio e per le applicazioni mediche. Un esempio è la tomografia protonica computerizzata impiegata presso le strutture di adroterapia oncologica (es. nel Trento Proton Therapy Center.)
Responsabile locale: Jeffery Wyss
ASIDI
ASIDI mira a realizzare un “cannone” di particelle piccolo quanto un batterio, utilizzato per cambiare in maniera estremamente localizzata le caratteristiche di materiali o per collaudare i microchip per sensori in missioni spaziali o per rivelatori di radiazione. Il gruppo di Padova sta sviluppando un sensore di particelle servendosi delle memorie flash (floating gate memories) presenti, per esempio, nei telefoni cellulari, per riuscire a misurare con alta precisione la dimensione del fascio di particelle prodotto.
Responsabile locale: Simone Gerardin
FALAPHEL
L’enorme mole di dati prodotti nei rivelatori a pixel degli esperimenti di fisica delle alte energie deve essere trasferita ad altissima velocità al sistema di acquisizione. Nel progetto FALAPHEL stiamo studiando l’integrazione, in un unico dispositivo, sia di un chip elettronico, che preleva i segnali digitali in arrivo dai pixel, che di un chip fotonico, che riceve questi dati ad alta velocità e li traduce in un segnale ottico, che viene poi trasmesso tramite fibre ottiche ai successivi . Tutto dovrà essere progettato per funzionare per anni in un ambiente ad altissimi livelli di radiazione. La Sezione INFN di Padova è coinvolta sia nel progetto del chip elettronico che nello studio di entrambi i chip per la resistenza alle radiazioni.
Responsabile locale: Serena Mattiazzo
METRICS
L’esperimento METRICS si inserisce in un ambito di ricerca recentemente intrapreso presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL) dell’INFN che ha come scopo la produzione di radionuclidi per applicazioni mediche, sia diagnostiche che terapeutiche. In particolare METRICS ha come obiettivo la produzione di un radioisotopo del manganese (52Mn) che consentirebbe di acquisire contemporaneamente due diversi tipi di immagini: quella ottenuta dalla PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) e quella ottenuta dalla risonanza magnetica (RM), aumentando notevolmente la capacità diagnostica dell’esame.
Responsabile locale: Laura De Nardo
ML_INFN
ML_INFN è l’iniziativa nazionale dell’INFN per coordinare gli sforzi verso una ampia applicazione delle tecnologie di Machine Learning (ML) alle attività di ricerca sulla fisica delle particelle, fisica nucleare e loro applicazioni, in particolare alla medicina.
Il gruppo di Padova di ML_INFN è un nodo di una vasta rete di collaborazione che collega gruppi di ricerca su sfide simili con esperti leader mondiali in software e tecnologie informatiche. Operiamo principalmente in due campi: sviluppo di soluzioni cloud per il dispiegamento automatico di infrastrutture su larga scala ottimizzate per big data analytics e ML; l’utilizzo su larga scala di tecniche ML complesse per casi d’uso di fisica delle particelle.
Responsabile locale: Marco Verlato
MOPEA
Stiamo sviluppando un acceleratore elettrostatico per ioni leggeri nel quale l’alta tensione è generata con una tecnica completamente nuova, cioè, utilizzando laser e celle solari fotovoltaiche. In questo modo si ottiene sia un acceleratore modulare, più facilmente gestibile dal punto di vista pratico, sia un fascio con una stabilità e una risoluzione energetica mai raggiunte finora.
Responsabile locale: Pierluigi Zotto
N3G
Vedere i raggi gamma è utile per capire la natura dei nuclei, delle stelle e del corpo umano! Gli occhi che permettono di fare ciò sono rivelatori sempre più sofisticati.
N3G è un progetto che sviluppa nuove tecnologie per realizzare rivelatori che misurino la direzione e l’energia dei raggi gamma e che resistano a flussi elevati di radiazione. A questo scopo studiamo come trattare uno dei materiali più puri che l’uomo abbia mai fabbricato: il germanio iperpuro. Usiamo un apparato laser per modificare le proprietà elettroniche di superficie del germanio e per suddividerlo in settori che permettono di localizzare i raggi gamma.
Responsabile locale: Francesco Recchia
REMIX
REMIX studia alcuni tipi di radionuclidi, ovvero quei nuclei che decadono spontaneamente emettendo radiazioni. Essi possono essere utilizzati per produrre farmaci radiogeni per la diagnosi, l’imaging e il trattamento di tumori e altre gravi malattie, rendendo possibile l’integrazione della terapia e della diagnosi per ottenere trattamenti più efficaci. Questo nuovo approccio alla medicina è noto come medicina nucleare di precisione.
Responsabile locale: Luciano Canton
TERAPOL
TERAPOL esplora materiali magnetici insoliti per sviluppare un rivelatore di assioni. L’assione è un’ipotetica particella elementare che potrebbe risolvere due misteri: uno riguardante il Modello Standard delle interazioni elementari delle particelle, e uno riguardante la natura della materia oscura presente nel cosmo.
Per studiare questi materiali usiamo la radiazione elettromagnetica con frequenza nell’ordine dei terahertz (ovvero tra le onde infrarosse e le microonde nello spettro elettromagnetico), prodotta da piccole antenne “stimolate” da impulsi laser ultrarapidi.
Responsabile locale: Caterina Braggio