Collasso gravitazionale pubblicato in Nature Physics nella TOP 10 mondiale per due siti di scienza molto noti

L’articolo pubblicato in Nature Physics, Donadi, S., Piscicchia, K., Curceanu, C. et al.: Underground test of gravity-related wave function collapse. Nat. Phys. (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-1008-4, che presenta un nuovo record nello studio del modello di collasso della funzione d'onda indotto dalla gravità, proposto da Lajos Diósi e Roger Penrose (modello DP) per risolvere il famoso problema della misura, ottenuto con una ricerca sperimentale nell'ambito della collaborazione VIP, che ha come Spokesperson Catalina Curceanu e come responsabile INFN Kristian Piscicchia, ha ottenuto un gratificante primato: e’ stato selezionato nella lista Top 10 al livello mondiale delle ricerche scientifiche in tutto i campi da due prestigiosi siti:

1) Our favorite science news stories of 2020 (nonCOVID-19 edition) da:

Science - sciencemag.org (dove la ricerca e’ al  numero 2 subito dopo una ricerca sui virus):

https://www.sciencemag.org/news/2020/12/our-favorite-science-news-stories-2020-non-covid-19-edition

2) Les 10 articles que vous avez préférés en 2020, da puorlascience.fr, dove la ricerca e’ al numero 9:

https://www.pourlascience.fr/sr/actualites/les-10-articles-que-vous-avez-preferes-en-2020-20609.php

Questo dimostra ancora una volta quanto questo tipo di ricerche, sulle fondamenta della teoria quantistica, sono attuali e di grande interesse non soltanto per i fisici.

La collaborazione VIP sta attualmente procedendo con ottimizzazioni sia dell’apparato sperimentale che, in collaborazione con teorici, fra i quale anche il recente premio Nobel Sir Roger Penrose, a ulteriori refinements teorici per verifica di modelli nei quali la teoria quantistica e la gravita’ si intrecciano nell’ambito dei modelli di collasso.

L’esperimento ALICE misura l’interazione tra protoni e barioni multi-strani

La misura dell’interazione tra protoni e ‘iperoni’ migliora la conoscenza sull’interazione forte e contribuira’ alla comprensione della struttura delle stelle di neutroni

Una misura precisa della forza nucleare forte responsabile dell’interazione tra adroni apre la possibilità di confermare le previsioni della cromodinamica quantistica (QCD), la teoria che descrive l’interazione forte, e di studiare i meccanismi fisici che regolano l’aggregazione di stati ‘esotici’ della materia, come quelli che potrebbero essere presenti all’interno delle stelle di neutroni, e che rappresenta una delle frontiere della fisica nucleare. Come riportato in un articolo pubblicato sulla rivista Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-3001-6), la collaborazione ALICE ha sviluppato e applicato un nuovo metodo per misurare questa interazione utilizzando gli adroni prodotti in collisioni di protoni al Large Hadron Collider (LHC) del CERN. La misura è stata resa possibile dalle caratteristiche specifiche dell’esperimento, nel quale l’INFN svolge un ruolo centrale.

Oltre a essere responsabile del legame esistente tra i protoni e i neutroni (gli adroni che costituiscono i nuclei atomici), la forza nucleare forte, mediata dai gluoni, regola l’interazione tra adroni che contengono quark meno comuni. A questa famiglia appartengono gli 'iperoni’, che presentano uno o più quark ‘strange’, quark che non sono presenti nei nuclei e quindi nella materia ordinaria ma che potrebbero essere presenti nelle stelle di neutroni.

A causa dell’instabilità degli iperoni è sempre stato molto difficile ottenere conferme sperimentali delle previsioni della QCD per questo aspetto della forza forte. La tecnica utilizzata recentemente nell’ambito della collaborazione ALICE, è denominata femtoscopia, poiché si concentra su grandezze dell’ordine del femtometro (10^-15 metri) - corrispondenti a circa la dimensione di un adrone e al raggio d’azione dell’interazione forte. La femtoscopia si basa sul principio quantistico che lega la differenza di impulso di particelle che si trovano a distanze piccole alla loro interazione. L’applicazione di questa tecnica alle collisioni di LHC ha permesso alla collaborazione ALICE di misurare per la prima volta l’attrazione dovuta all’interazione forte esistente tra un protone ed il più pesante degli iperoni composto da tre quark strani: la particella Ω.

“I risultati contenuti in questo articolo sono un importante traguardo, ma anche il punto di partenza per esplorare con ALICE questo ambito dell’interazione forte - spiega Andrea Dainese, coordinatore scientifico di ALICE e ricercatore della sezione INFN di Padova – e confermano la versatilità di un esperimento ideato per studiare il plasma di quark e gluoni con collisioni di nuclei a LHC e ora divenuto uno strumento che rivela molti altri aspetti della cromodinamica quantistica.” Una ulteriore e affascinante applicazione del metodo descritto nell’articolo di Nature riguarda la comprensione dello stato della materia che compone il nucleo delle stelle di neutroni. A causa dell’elevata pressione che caratterizza queste stelle, si ipotizza che al loro interno possano essere prodotti anche iperoni, essendo energeticamente favorevole per la materia in queste condizioni trovarsi in forma di quark strange, oltre che up e down. Le future misure di interazioni tra materia ordinaria (protoni) e strana (iperoni) tramite la femtoscopia rappresentano un tassello essenziale per lo sviluppo delle equazioni di stato della materia delle stelle di neutroni e per determinare la loro evoluzione nel tempo.

L’efficacia della nuova tecnica e la precisione delle misure poggiano sulle grandi prestazioni dei diversi rivelatori di ALICE, capaci di identificare le particelle prodotte dalla collisione dei protoni accelerati all’interno di LHC e misurare il loro impulso e i loro decadimenti. “L’INFN ha svolto un ruolo molto importante nella realizzazione dell’inner tracking system – spiega Massimo Masera dell’Università e INFN di Torino, coordinatore dei gruppi italiani in ALICE -, il sistema di tracciamento al silicio più interno dell’esperimento, che rivela i decadimenti degli iperoni, e del rivelatore di tempo di volo, uno dei rivelatori più estesi di ALICE, che consente l’identificazione delle particelle cariche.”

Funzioni di correlazione in impulso misurate da ALICE per coppie p-Ξ (a) e p-Ω (b). La correlazione per differenze di impulso (k*) vicine a zero indica interazione attrattiva. L’eccesso dei dati rispetto alla curva verde di interazione Coulombiana rivela una interazione forte attrattiva, che è confrontata con i calcoli di QCD su reticolo.

ChETEC-INFRA: infrastrutture di ricerca per l’Astrofisica Nucleare

Un nuovo progetto Europeo H2020 dove l’INFN assume un ruolo centrale

ChETEC-INFRA (Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos - Infrastructure) è un progetto recentemente finanziato dalla EU con un budget quadriennale di 5 milioni di euro, all'interno di Horizon 2020. L’INFN e altre università italiane ricoprono un ruolo centrale nell’iniziativa che si colloca alla frontiera dell’astrofisica nucleare che studia l'origine degli elementi chimici: dal Big Bang, alla combustione stellare fino ai processi di cattura neutronica e protonica per la formazione degli elementi più pesanti.

 ChETEC-INFRA costituisce un network tra tre tipi di infrastrutture che, insieme, forniranno gli strumenti necessari per questa ricerca: i laboratori astro-nucleari che forniscono dati di sezioni d’urto di reazioni nucleari, i supercomputer che eseguono calcoli di struttura stellare e nucleosintesi, e i telescopi e spettrometri di massa che raccolgono dati sull'abbondanza di elementi ed isotopi.

ChETEC-INFRA supererà le barriere esistenti all’avanzamento di questi studi: in particolare, verrà unificato l'accesso alle infrastrutture di ricerca di astrofisica nucleare utilizzando un nuovo portale web integrato; verranno sviluppati bersagli e rivelatori per reazioni nucleari, strumenti software per la nucleosintesi open-source e nuovi modelli tridimensionali per le analisi di spettri stellari.

ChETEC-INFRA fornirà alla comunità gli strumenti necessari per affrontare le questioni chiave sulla fusione solare, la nucleosintesi per cattura neutronica e i processi stellari esplosivi. In un approccio combinato progettato per facilitare e aumentare l'accessibilità, le sinergie e la formazione, la grande quantità di accesso transnazionale fornito consentirà progetti che sfruttano almeno due diversi tipi di infrastrutture.

All'interno di ChETEC-INFRA, i dati verranno archiviati e catalogati per la sostenibilità a lungo termine oltre la fine del progetto e per le loro fruibilità in open access.

ChETEC-INFRA coinvolge 32 istituzioni da 18 nazioni europee ed è in rete con le comunità di astrofisica nucleare negli Stati Uniti, in Cina e in Giappone.

Il contributo dell’INFN al progetto, tramite proprie strutture e dipendenti e associati, è ampio e capillare.

In particolare, l’INFN avrà la responsabilità dello sviluppo, realizzazione e test di bersagli innovativi sia solidi sia gassosi, che consentiranno di studiare le reazioni nucleari di interesse astrofisico a bassissima energia. Inoltre, si occuperà dello sviluppo di rivelatori di neutroni innovativi, come scintillatori compositi e nuovi materiali plastici, per la discriminazione gamma/neutroni, tenendo i contatti con i partner industriali.

L’INFN coordinerà le attività di validazione delle sezioni d’urto delle reazioni più importanti per l’astrofisica nucleare come quelle che coinvolgono ¹²C e ²²Ne, eventualmente misurando le stesse reazioni con metodi complementari, e più in generale costituirà e manterrà un database di sezioni d’urto open access per un ampio numero di reazioni di interesse astrofisico.

Infine, L’INFN rivestirà un ruolo importante sia nella disseminazione dei risultati della ricerca con particolare riferimento agli enti finanziatori e alle industrie, sia nella formazione delle prossime generazioni di ricercatori nel campo dell’astrofisica nucleare, tramite scuole e masterclass.

DAI LABORATORI DEL GRAN SASSO AL BIG BANG, E RITORNO

L’esperimento LUNA fa luce sulla densità della materia che compone tutto ciò che conosciamo nell’universo

C’è una reazione chiave di quel processo fondamentale, chiamato nucleosintesi primordiale, che ha portato alla produzione degli elementi chimici più leggeri nei primi momenti di vita del nostro universo: è la reazione per mezzo della quale da un protone e un nucleo di deuterio si ottiene uno dei due isotopi stabili dell’elio, l’Elio-3.

Questa reazione è stata ora indagata con una precisione mai raggiunta prima dall’esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN: è stato così possibile raffinare i calcoli della nucleosintesi primordiale, ricavando un’accurata determinazione della densità della materia ordinaria, di cui è fatto tutto ciò che conosciamo, compresi gli esseri viventi. 

I risultati della misura di LUNA, insieme a una discussione delle loro conseguenze cosmologiche, sono stati pubblicati sulla rivista Nature, oggi 12/11/2020, https://www.nature.com/articles/s41586-020-2878-4

Lo studio è stato svolto con la preziosa collaborazione del gruppo di fisica astroparticellare e cosmologia teorica dell’Università Federico II di Napoli, per ottenere un’accurata determinazione della densità barionica, e del gruppo di fisica nucleare teorica dell’Università di Pisa per la descrizione dell’interazione nucleare. 

 L’esperimento LUNA proseguirà la sua attività scientifica nel prossimo decennio con il progetto LUNA-MV, focalizzato sullo studio di processi chiave per la composizione chimica dell’universo e la nucleosintesi degli elementi più pesanti

LUNA è una collaborazione scientifica internazionale composta da circa 50 ricercatori italiani, tedeschi, britannici ed ungheresi. In particolare, collaborano all’esperimento: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, le sezioni INFN e le università di Bari, Genova, Milano Statale, Napoli Federico II, Padova, Roma Sapienza, Torino e l’Osservatorio di Teramo dell’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica per l’Italia; l’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf per la Germania, la School of Physics and Astronomy dell’Università di Edimburgo per il Regno Unito e l’ATOMKI di Debrecen e il Konkoly Observatory di Budapest per l’Ungheria.

Per ulteriori informazioni contattare Gianluca Imbriani, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.