Relazione Anno 2009 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini - Infn

Dipartimento di Fisica “G. Occhialini” 

Piazza della Scienza n. 3 - 20126 Milano 

http://www.unimib.it 

http://fisica.mib.infn.it 

Relazione Anno 2009 

Direttore: 

Prof. Federico Rapuano 

Vicedirettore: 

Prof. Giorgio Sironi 

Segretario Amministrativo: Sig.ra Anna Mangano

Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2009 

INDICE 

pag. 

Presentazione del Dipartimento 2 

Attività amministrativo-contabile 3 

Personale del Dipartimento 4 

Personale INFN 7 

Attività didattica 8 

Attività scientifica 10 

Fisica delle Particelle 11 

Astrofisica 28 

Fisica dei Plasmi 46 

Biofisica 58 

Elettronica 61 

Fisica Teorica 63 

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PRESENTAZIONE DEL DIPARTIMENTO 

Il Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano - Bicocca, attivato alla fine del 

1997, è intitolato a Giuseppe (Beppo) Occhialini, il grande fisico co-scopritore dell’antiparticella 

dell’elettrone e del mesone fortemente interagente. Beppo è stato l’indimenticato maestro di molti dei 

fisici del Dipartimento. 

Il Dipartimento è costituito da 54 tra docenti, ricercatori e tecnici, attivi in molti dei principali 

settori della moderna ricerca in Fisica; in collaborazione con 28 ricercatori, tecnologi e tecnici 

dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, coadiuvati da dottorandi e borsisti, essi svolgono ricerche 

principalmente nei seguenti settori: 

1) Fisica teorica: teoria delle interazioni fondamentali, teoria delle stringhe, teoria di sistemi a infiniti 

gradi di libertà e dei sistemi complessi, fisica computazionale e supercalcolo per lo studio di teorie 

quantistiche di campo; 

2) Fisica delle particelle elementari: esperimenti sulle interazioni fondamentali nei grandi laboratori 

internazionali (collisore ad alte energie al CERN e fisica dei neutrini al Gran Sasso); misure di 

fisica delle particelle rilevanti per l’astrofisica; 

3) Astrofisica e cosmologia: astronomia galattica ed extragalattica, cosmologia teorica ed 

osservativa; esperimenti sulla “radiazione fossile” diffusa e sulla distribuzione di antimateria nello 

spazio; osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche, submillimetriche e infrarosse da terra e 

dallo spazio; teorie della materia oscura; 

4) Biofisica: esperimenti sulla dinamica e conformazione di biomolecole, analisi di singole proteine e 

DNA con microscopia ottica e a laser pulsato; 

5) Fisica dei plasmi: esperimenti su fenomeni non lineari e caotici in plasmi, turbolenza e trasporto in 

plasmi magnetizzati, plasmi prodotti da laser e fenomeni veloci, fusione magnetica e inerziale; 

Inoltre, vi sono forti sviluppi di fisica applicata in tutti i settori di ricerca “fondamentale”: 

• calcolo parallelo e fisica computazionale 

• radioattività ambientale 

• applicazioni tecnologiche dei plasmi 

• spettroscopia neutronica 

• strumentazione criogenica e a basso rumore 

• applicazioni della fisica alla medicina 

• elettronica 

Le attività di ricerca si svolgono anche in collaborazione con altri Dipartimenti dell’Ateneo e 

con varie Università e Laboratori italiani e stranieri. Tra questi ricordiamo: CERN, Gran Sasso, 

Laboratori Nazionali di Frascati, Osservatorio INAF di Brera e Merate, INAF, DESY, Fermilab, MPI, 

Efda-JET, CNRS, RAL, LULI, Auroral Observatory of Tromso. 

I finanziamenti per le ricerche vengono da cofinanziamenti Università-MIUR, dagli Enti di 

ricerca (INFN, INFM, CNR, ASI, INAF, PNRA/CSNA), dai contratti con l’Unione Europea e con le 

industrie. 

I servizi per la ricerca sono anche in compartecipazione con gli Enti di ricerca che operano nel 

Dipartimento. In particolare, grazie anche a finanziamenti INFN, è allestita l’Officina Meccanica nei 



locali dell’Edificio U9. L’INFN ha inoltre fornito il collegamento del Dipartimento alla rete nazionale 

GarrB con accesso da ben 34Mb/s. Tale collegamento garantisce una connettività eccezionale ad 

Internet, come richiesto dai moderni metodi per grandi esperimenti e per il calcolo distribuito su grandi 

scale (progetto GRID). 

ATTIVITÀ AMMINISTRATIVO-CONTABILE 

L’attività amministrativo-contabile del Dipartimento nel corso dell’anno 2009 può essere 

riassunta come segue: 

Tabella sintetica dell’attività amministrativo-contabile 2009 

Mandati 1236 € 1.879.071,00 

Impegni 1051 € 2.156.080,00 

Reversali 84 € 1.995.158,00 

Accertamenti 58 € 2.513.220,00 

Missioni 443 € 213.350,00 

Pagamenti verso l’estero 35 € 75.840,00 

Registrazioni Materiali inventariati 121 € 846.885,00 

Variazioni di bilancio 127 € 3.296.411,00 



PERSONALE DEL DIPARTIMENTO 

Professori Ordinari 

Boella Giuliano 

Bonometto Silvio 

Chincarini Guido 

Chirico Gilberto 

Destri Claudio 

Fontanesi Marcello 

Girardello Luciano 

Marchesini Giuseppe 

Pullia Antonio 

Ragazzi Stefano 

Rapuano Federico 

Sironi Giorgio 

Professori Associati 

Baschirotto Andrea 

Batani Dimitri 

Brofferio Chiara 

Calvi Marta 

Collini Maddalena 

Colpi Monica 

Enriotti Mirella 

Gavazzi Giuseppe 

Gervasi Massimo 

Giusti Leonardo 

Gorini Giuseppe 

Paganoni Marco 

Penati Silvia 

Riccardi Claudia 

Sassi Giandomenico 

Tabarelli de Fatis Tommaso 

Zaffaroni Alberto 

Zanotti Luigi 

Ricercatori 

Barni Ruggero 

Capelli Silvia 

D’Alfonso Laura 

Ghezzi Alessio 

Lucchini Gianni 

Nucciotti Angelo 

Oleari Carlo 

Pavan Maura 

Pensotti Simonetta 

Tomasiello Alessandro 

Zannoni Mario 



Personale Amministrativo 

Branzoni Lorella 

Corbo Mauro 

De Vita Stefania 

Foschi Vera 

Lucchini Silvana 

Mangano Anna 

Venditti Ciro 

Personale Tecnico 

Banfi Stefano 

Baù Sandro 

Benocci Roberto 

Boncristiano Antonello 

Callegaro Cristiano 

Clemenza Massimiliano 

De Lucia Antonio 

Galassi Alessandro 

Govoni Pietro 

Mietner Alessandro 

Passerini Andrea 

Piselli Moreno 

Sisti Monica 

Assegnisti e Borsisti 

Arnaboldi Claudio 

Casarini Luciano 

Cattaneo Roberta 

Croccolo Fabrizio 

Grimoldi Elisa 

Gotti Claudio 

La Vacca Giuseppe 

Mancin Marco 

Perego Davide Luigi 

Perelli Enrico 

Ripamonti Emanuele 

Salerno Roberto 

Tacconi Mauro 

Volpe Luca 

Yas Fadel Al-Hadeethi 

Dottorandi 

XXII Ciclo 

Alioli Simone 

Amariti Antonio 

Bin William 



Colombo Marco 

Consolandi Cristina 

Margutti Raffaella 

Pizzichemi Marco 

Ratti Carlo Alberto 

Re Emanuele 

Spinelli Sebastiano 

Taroni Silvia 

Ziano Roberto 

XXIII Ciclo 

Carrettoni Marco 

Fanchini Erica 

Fasiello Matteo 

Gironi Luca 

Maiano Cecilia 

Pasotti Francesco 

Pattavina Luca 

Rebasti Sara 

Siani Massimo 

XXIV Ciclo 

Rapisarda Eugenio 

Nocente Massimo 

Benaglia Andrea Davide 

Martelli Arabella 

Daglio Stefano Carlo 

De Guio Federico 

Ferri Elena 

Bianchi Marco Stefano 

Freddi Stefano 

Rebai Marica 

Fumagalli Francesco 



All’attività di ricerca del Dipartimento collabora anche il personale dell’Istituto Nazionale di Fisica 

Nucleare. 

PERSONALE DELL’ INFN 

Ricercatori 

Bonesini Maurizio 

Butera Paolo 

Carbone Luca (tecnologo) 

Cattadori Carla Maria 

Cremonesi Oliviero 

D’Angelo Pasquale 

Dini Paolo (tecnologo) 

Magni Stefano (tecnologo) 

Malvezzi Sandra 

Matteuzzi Clara 

Menasce Dario 

Moroni Luigi 

Nason Paolo 

Pedrini Daniele 

Pepe Michele 

Pessina Gianluigi (tecnologo) 

Pirro Stefano 

Previtali Ezio 

Rancoita Pier Giorgio 

Redaelli Nicola 

Sala Silvano 

Tecnici 

Bertoni Roberto 

Ceruti Giancarlo 

Chignoli Francesco 

Gaigher Roberto 

Galotta Giulio 

Mazza Roberto 

Perego Maurizio 

Amministrativi 

Cucchiarini Annalisa 

Perrone Marilena 



ATTIVITÀ DIDATTICA 

I compiti didattici dei docenti e dei ricercatori del Dipartimento riguardano gli insegnamenti del 

Corso di laurea in Fisica e dei Corsi di laurea specialistica in Fisica ed in Astrofisica e Fisica dello 

Spazio; riguardano inoltre gli insegnamenti della Fisica in altri Corsi di laurea dell’Ateneo: Matematica, 

Informatica, Scienze e Tecnologie Geologiche, Scienze e Tecnologie per l’Ambiente, Scienze 

Biologiche, Biotecnologie, Scienza dei Materiali e Scienze della Formazione Primaria. 

Il Corso di Laurea di primo livello in Fisica è strutturato con l’obiettivo principale di assicurare 

allo studente un’adeguata padronanza sia di metodi e contenuti scientifici generali che di specifiche 

conoscenze professionali nei settori della fisica fondamentale e della fisica applicata e consiste di: 

• un primo biennio rivolto ad un’ampia formazione di base; 

• un terzo anno dedicato all'approfondimento di alcune tematiche specifiche nell’ambito dei 

seguenti curricula: 

a) Astrofisica 

b) Biofisica e fisica medica 

c) Elettronica dei sistemi digitali 

d) Fisica ambientale 

e) Particelle elementari 

f) Struttura della materia 

g) Fisica dello stato solido 

h) Fisica dei plasmi 

i) Teorico generale 

Il Corso di laurea specialistica in Fisica si propone come obiettivo di completare la formazione 

del fisico iniziata con la laurea di primo livello in Fisica portando lo studente a raggiungere completa 

padronanza di metodi e contenuti scientifici generali e conoscenze specifiche professionali nei settori 

della fisica fondamentale e della fisica applicata. 

Il piano degli studi è organizzato per aree tematiche cui corrispondono altrettanti curricula: 

a) Biofisica, Fisica medica e ambientale 

b) Fisica delle particelle elementari 

c) Fisica dei plasmi 

d) Fisica dello stato solido 

e) Fisica teorica generale 

Il Corso di laurea specialistica in Astrofisica e Fisica dello Spazio si propone come obiettivo di 

completare la formazione iniziata con la laurea di primo livello, portando lo studente a raggiungere una 

completa padronanza di metodi e contenuti scientifici generali e conoscenze specifiche professionali 

nei settori della fisica fondamentale, della fisica applicata, dell’astrofisica, della fisica dello spazio e di 

altri settori interdisciplinari della fisica e dell’astrofisica. 

Prospettive occupazionali dei nostri laureati, la cui preparazione è ampiamente riconosciuta ed 

apprezzata anche a livello internazionale, si hanno attualmente nell'industria (ad es. settori elettronico, 

informatico e biomedico), nel mondo della ricerca scientifica (enti di ricerca, imprese, università, 

osservatori astronomici e enti di ricerca spaziale), dell’istruzione (scuola) e in aree particolari in cui è 



richiesta la capacità di costruire modelli di realtà complesse non necessariamente fisiche (ad es. 

banche, imprese finanziarie, società di consulenza). 

E’ attivo inoltre il Dottorato in Fisica ed Astronomia, coordinato dal Prof. Claudio Destri. 

Il Dipartimento organizza e collabora a varie attività per la divulgazione della Fisica: per gli 

studenti dei Corsi di laurea e delle Scuole Medie Superiori il Dipartimento organizza cicli di seminari 

generali, visite ai propri gruppi di ricerca e laboratori, nonchè corsi in settori della Fisica moderna 

direttamente presso le Scuole. 

Nell’ambito del Progetto Lauree Scientifiche del Ministero, è stato realizzato LABEX, 

Laboratorio di Fisica a disposizione di studenti di Scuole Medie Superiori guidati da propri insegnanti 

con l’assistenza di personale docente e tecnico del Dipartimento. 

In collaborazione con l’Associazione Italiana per la Fisica, sono state svolte le gare di II livello 

della Lombardia per le OLIMPIADI DELLA FISICA e sono stati organizzati corsi di preparazione per le 

prove pratiche e scritte. 



ATTIVITÀ SCIENTIFICA 

FISICA DELLE PARTICELLE 

Fisica subnucleare presso i grandi acceleratori, Fisica dei neutrini senza acceleratori, ricerca di 

antimateria nello spazio, misure dirette della massa del neutrino. 

ASTROFISICA 

Modelli e teorie cosmologiche, studio sperimentale della radiazione cosmica di fondo, rivelazione di 

antimateria nello spazio, galassie, astrofisica delle alte energie. 

Sviluppo di strumentazione avanzata, a basso rumore, per osservazioni a varie lunghezze d’onda dal 

cm, al mm al sub-mm. 

FISICA DEI PLASMI 

Plasmi a confinamento magnetico, plasmi termonucleari, plasmi prodotti da laser, applicazioni 

industriali dei plasmi. 

BIOFISICA 

Studio sperimentale della dinamica e della conformazione di biomolecole, proteine e DNA. 

FISICA APPLICATA 

Fisica computazionale e sviluppo di calcolatori, laboratorio di radioattività ambientale, laboratorio per lo 

studio del danno da radiazione in semiconduttori, applicazioni industriali dei plasmi. 

FISICA TEORICA 

Teorie dei campi e di stringa, teorie dei campi del modello standard, fisica computazionale e sviluppo 

di calcolatori. 



FISICA DELLE PARTICELLE 

Personale Universitario 

Professore Emerito E. Fiorini 

Professori Ordinari: A. Pullia, S. Ragazzi 

Professori Associati: C. Brofferio, M. Calvi, M. Gervasi,M. Paganoni, T. Tabarelli 

de Fatis, L. Zanotti 

Ricercatori: S. Capelli, A.Ghezzi, A. Nucciotti, M. Pavan, S. Pensotti 

Tecnici Laureati: M. Clemenza, P.Govoni, M. Sisti 

Tecnici: C. Callegaro, A. De Lucia 

Ricercatore a tempo determinato T. Bellunato 

Personale INFN: 

Ricercatori: M. Bonesini, C.M. Cattadori, O. Cremonesi, C. Matteuzzi, S.Malvezzi, 

D. Menasce, L. Moroni, D. Pedrini, S. Pirro, E. Previtali, P. Rancoita, N. Redaelli 

Tecnologi: G.L. Pessina, L. Carbone, P. Dini  

Tecnici: S. Banfi, R. Bertoni, G. Ceruti, F. Chignoli, R. Gaigher,R. Mazza, M. 

Perego 

Dipendenti a tempo det.: D. Grandi 

Assegnisti Università o INFN: 

G. Cerati, A. Giachero, S. Kraft-Bermuth, M. Martinez, E. Memola, D.L. Perego, D. 

Schaeffer, M. Tacconi, M. Malberti 

Dottorandi: 

A. Benaglia, M. Carrettoni, C. Consolandi, F. De Guio, E.Ferri, L. Gironi, C. 

Maiano, A. Martelli, L. Pattavina, S. Taroni 

Collaboratori esterni: M. Boschini (CILEA), E. Fiorini, G. Boella, E. Bellotti, 

P.D'Angelo, S. Sala 

Ricerca 

1) Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC 

2) Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb ad LHC 

3) Esperimenti HARP e NUFACT/MICE 

4) Sviluppo di rivelatori di radiazioni di grandi superfici 

5) Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS 

6) Fisica del neutrino con rivelatori bolometrici 

7) Ricerca del decadimento doppio beta nel 76 Ge 



Ricerca del bosone di Higgs con il rivelatore CMS ad LHC 

Commissionig del rivelatore CMS e primi studi di collisioni pp ad LHC 

Personale Universitario: 

A. Benaglia, F. De Guio, A.Ghezzi, P. Govoni, M. Malberti, A. Martelli, M. 

Paganoni, P. Negri, A. Pullia, S. Ragazzi, T. Tabarelli de Fatis, S. Taroni. 


S. Banfi, R. Bertoni, M. Bonesini, L. Carbone, G. Cerati, F. Chignoli, P.D'Angelo , 

P.Dini, S. Malvezzi, R. Mazza, D. Menasce, L. Moroni, D. Pedrini,, N. Redaelli, S. 

Sala 

Convenzioni: INFN 

CMS (Compact Muon Solenoid) è un esperimento multipurpose presso l’acceleratore 

LHC (Large Hadron Collider). Suoi obiettivi principali sono la ricerca dell’Higgs e 

l’esplorazione di possibile nuova fisica alla scala del TeV (supersimmetrie, 

extradimensioni, nuove interazioni forti, ecc.). 

L’esperimento CMS in fase di installazione 

Il gruppo di Milano Bicocca ha contribuito alla costruzione del calorimetro 

elettromagnetico (ECAL) e del rivelatore a pixel e durante l’anno 2009 è stato 

coinvolto nel commissioning del rivelatore tramite lo studio di eventi prodotti dai 

raggi cosmici e le analisi delle collisioni prodotte nella fase di messa a punto dei 

fasci di LHC. 



Il gruppo ha contribuito in modo significativo alla messa punto del rivelatore e alla 

definizione delle procedure per l’acquisizione dati ed il controllo della loro qualità e 

ha fornito le prime verifiche delle prestazioni di ECAL e del tracciatore in vista dello 

studio di collisioni pp ad LHC. 

Nella parte finale del 2009 LHC ha ottenuto collisioni di protoni con energie nel 

centro di massa di 450 GeV e 2.36 TeV ed il gruppo di Milano ha contribuito a 

verificare con prontezza la qualità e l’accuratezza dei dati acquisiti, come 

testimoniato dal fatto che dopo pochi giorni dalle prime collisioni è stato già 

possibile identificare negli eventi le segnature di alcune particelle già note. 

Il gruppo si occupa dello studio tramite simulazioni MonteCarlo delle potenzialità 

del rivelatore nell’ambito della ricerca del bosone di Higgs, della fisica degli Heavy 

Flavour, e della ricerca di nuova fisica non prevista dallo Standard Model. 

Inoltre il gruppo di Milano contribuisce allo sviluppo delle tecniche e del software 

per la ricostruzione di elettroni e fotoni, delle tracce e dei vertici. 

Pubblicazioni 

1. “Radiation tolerance of the CMS forward pixel detector”, G.B. Cerati et al., 

Nucl. Instrum. Meth.A 600:408-416, 2009. 

2. “The CMS barrel calorimeter response to particle beams from 2-GeV/c to 

350-GeV/c.”, S. Abdullin et al., Eur.Phys.J.C60:359-373,2009, Erratumibid.C61:353-356,2009. 

3. “Alignment of the CMS Silicon Strip Tracker during stand-alone 

Commissioning.” , W. Adam, et al., JINST 4:T07001,2009 

4. “Stand-alone Cosmic Muon Reconstruction Before Installation of the CMS 

Silicon Strip Tracker.”, CMS Tracker Collaboration, JINST 4:P05004,2009 

5. “Performance studies of the CMS Strip Tracker before installation.”, CMS 

Tracker Collaboration, JINST 4:P06009,2009 

Presentazioni a conferenze internazionali 

1. P. Govoni, : "The CMS potential in the area of WW scattering" at "From the 

LHC to a Future Collider, CERN", 12 Feb 2009. 

2. A. Ghezzi, “Calibration of the CMS electromagnetic calorimeter at the LHC 

start up” at “11th Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for 

Frontier Physics”, La Biodola, Isola d'Elba, Italy, 24-30 May 2009. 

3. A. Massironi, “Il processo di scattering fra bosoni vettori come test della 

rottura di simmetria elettrodebole”, a XCV Congresso Nazionale della 

Società Italiana di Fisica, Bari, 28 Settembre - 3 Ottobre, 2009 



4. S.Taroni, “Performance of irradiated CMS forward pixel detector”, at the 

11th ICATPP Conference on Astroparticle, Particle, Space Physics, Detectors 

and Medical Physics Applications, Como, Italy - 5th–9th October 2009 

Studio di violazione di CP nel settore del b con il rivelatore LHCb ad LHC 


Claudio Arnaboldi, Marta Calvi, Erica Franchini, Davide Luigi Perego, T. Bellunato 


Clara Matteuzzi, Gian Luigi Pessina 

Convenzioni: INFN 

Temi di ricerca: 

La ricerca svolta riguarda un'ampia gamma di studi in Fisica delle Particelle possibili 

con i dati raccolti nelle collisioni protone-protone all'acceleratore LHC al Cern 

nell'ambito dell'esperimento LHCb (Large Hadron Collider Beauty Experiment). 

In particolare LHCb affronta due temi di grande rilevanza: la ricerca dell'origine 

dell'attuale asimmetria tra materia ed antimateria e la ricerca di evidenze 

dell’esistenza di nuove particelle o di nuovi tipi di interazioni rispetto quelle già 

previste nel Modello Standard. LHCb si propone di indagare tali fenomeni a partire 

dagli studi di violazioni di CP nei decadimenti degli adroni con beauty e con charm e 

dalla ricerca di eventi rari nei decadimenti di questi adroni. 

Il gruppo di Milano fa parte da diversi anni della Collaborazione LHCb, ha 

partecipato alla costruzione del rivelatore, in particolare del RICH (Ring Imaging 

Cherenkov Detector) dedicato alla identificazione di kaoni, protoni e pioni e alla 

preparazione delle misure previste. 

Le prime collisioni p-p a 7 TeV ad LHC si sono avute nel novembre 2009. 

L' attivita' del gruppo si e' centrata su: 

a) Commissioning del rivelatore RICH e dei suoi fotorivelatori (installazione, 

monitoraggio, calibrazione) e analisi delle prime misure di identificazione di adroni. 

b) Studi con simulazioni Monte Carlo per la preparazione delle analisi dei dati, in 

particolare preparazione per le misure di violazione di CP nelle oscillazioni tra 

mesoni neutri B0-antiB0 e Bs-antiBs. 

c) RD per la preparazione dell'upgrade del rivelatore per i futuri run ad alta 

luminosita': disegno per una nuova elettronica di front-end per la lettura del 

rivelatore RICH a 40 MHz. 

Pubblicazioni 

1. "Roadmap for selected key measurements of LHCb" 

The LHCb Collaboration, B. Adeva ,.. M.Calvi, S.Furcas, C.Matteuzzi, D.L. 

Perego e G.Pessina et al, arXiv:0912.4179v2 [hep-ex] 



2. "The high voltage protection boards for the RICH detectors of the LHCb 

experiment." 

C. Arnaboldi, T.Bellunato, P.Gobbo, D.L.Perego, G.Pessina 

IEEE Trans.Nucl.Sci.56:2828-2834,2009. 

3. "Performance of the LHCb RICH photo-detectors and readout in a system test 

using charged particles from a 25 ns-structured beam" 

M. Adinolfi, ..C. Arnaboldi, T.F. Bellunato, E. Fanchini, D.L. Perego, G. 

Pessina, et al 

Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 603, Issue 3, 21 May 2009, 287 

4. "The High Voltage Protection Boards for the RICH Detectors of the LHCb 

Experiment" 

C. Arnaboldi, T. Bellunato, P. Gobbo, D. L. Perego, G. Pessina 

IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 56, Issue 5, Part 2 (2009) 2828 

5. “The high-voltage system for the LHCb RICH hybrid photon detectors" 

C. Arnaboldi, T. Bellunato, A. De Lucia, E. Fanchini, D. L. Perego, G. 

Pessina 

Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., A 598, Issue (2009) 173-174 

Proceedings di presentazioni a Conferenze Internazionali 

1. "Multilayer aerogel for compact RICH detectors." 

11th Topical Seminar on Innovative Particle and Radiation Detectors, Siena, 

Italy, C. Arnaboldi et al. 

Nucl.Phys.Proc.Suppl.197:57-61,2009. 

2. "The status of flavour physics: An introduction." 

C. Matteuzzi, 

XXIII Rencontres de Physique de la Valleee d’Aoste, La Thuile 2009, QCD 

and high energy interactions 81-86 

3. "Measurements of CP violation and the CKM matrix at LHCb." 

M.Calvi for the LHCb Collaboration, Prepared for 2009 Europhysics 

Conference on High Energy Physics: HEP 2009 (EPS-HEP 2009), Cracow, 

Poland, 16-22 Jul 2009 

PoS EPS HEP2009:166,2009. 

Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS 

• Esperimento AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale 


G. Boella, C. Consolandi, M. Gervasi, S. Pensotti 




D. Grandi, E. Memola, P. Rancoita, M. Tacconi 

Collaboratori esterni: 

M. Boschini (CILEA) 

Convenzioni: INFN, ASI-INFN, ESA 

Figure 1: AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale 

Temi di ricerca: 

L’attività svolta dall’esperimento AMS nel campo delle Astroparticelle riguarda la 

ricerca dell’antimateria cosmologica e della materia oscura, attraverso lo studio dei 

raggi cosmici a bordo dello Space Shuttle (volo STS-91, 1998) e della Stazione 

Spaziale Internazionale Alpha (ISSA, a partire dal 2011). Il responsabile delle 

collaborazioni internazionali di entrambi gli esperimenti è il prof. S.C.C. Ting 

(MIT, Boston USA), premio Nobel per la Fisica nel 1976. 

a) In questo periodo, l’attività di ricerca nel campo delle astroparticelle ha 

principalmente riguardato lo studio di effetti relativi alla propagazione dei raggi 

cosmici nella cavità solare e nella magnetosfera terrestre utilizzando anche i dati 

raccolti durante il volo STS-91 (AMS-01). 

Tracciamento di particelle cariche nella magnetosfera terrestre. Il codice di 

tracciamento, sviluppato a Milano e utilizzato prevalentemente sulla farm Linux 



dedicata allo scopo, ha richiesto l’ottimizzazione di algoritmi basati su modelli 

sviluppati dalla NASA. Inoltre, sarà in grado di tracciare, in tempo quasi reale, le 

particelle misurate sulla Stazione Spaziale da AMS-02. I risultati più recenti sono i 

seguenti: 

• È stato ultimato il lavoro sulla funzione di trasferimento (TF) che descrive la 

permeabilità della magnetosfera ai raggi cosmici (RC). 

• Lo studio della TF è stato esteso agli ioni di elio attraverso una simulazione 

isotropa di eventi con un metodo Monte Carlo. Il risultato è stato confrontato con 

i dati sperimentali di AMS-01. 

• È stato fatto lo studio della TF anche per ioni più pesanti (Carbonio e Ferro). In 

questo caso i risultati sono stati confrontati con i dati sperimentali del satellite 

HEAO-3. 

• Sono state valutate le abbondanze, in magnetosfera, di He, C, e Fe riferite ai 

protoni, mettendo in evidenza che queste sono diverse da quelle calcolate al di 

fuori a causa del taglio geomagnetico, che agisce sulla rigidità. 

• È stato calcolato il flusso dei RC nel periodo di inizio dell’attività di AMS-02, 

ovvero metà 2011. Questo è stato possibile a partire dal modello di campo 

magnetico terrestre (IGRF) ed estrapolando l’attività solare dai dati misurati negli 

ultimi 4 cicli solari. 

Studio della modulazione solare sui raggi cosmici galattici. 

E’ stato sviluppato un modello bidimensionale per lo studio della propagazione dei 

raggi cosmici in eliosfera. Questo modello permette di riprodurre l'effetto noto come 

modulazione solare attraverso la simulazione stocastica di eventi. Questo nuovo 

modello ci consente di tenere conto di effetti dipendenti dal tempo – quindi 

dall’evolversi dell’attività solare - e dal segno della carica con una conseguente 

maggiore necessità di CPU per la simulazione. 

In particolare, nel modello si approssima la struttura dinamica dell'eliosfera 

suddividendola in diverse regioni in base alla propagazione del vento solare. Inoltre 

viene stimato l’effetto dovuto alla “deriva” – come proposto da Potgieter-Moraal - 

sia in periodi di minima attività solare, quando il campo magnetico ha una 

componente dipolare dominante, sia di massima attività, quando il campo ha una 

struttura più complessa. Nel modello attuale, tra i parametri importanti che 

descrivono l'attività solare e il suo effetto sui raggi cosmici si è introdotto un 

“parametro di diffusione” che risulta dipendere dal numero di macchie solari. 

Per quanto riguarda particelle leggere come gli elettroni si è provveduto a calcolare 

ed aggiungere accanto alla perdita di energia adiabatica, le perdite dovute a processi 

Compton Inverso, Bremsstrahlung, Ionizzazione e Irraggiamento, che sono 

trascurabili per particelle più massive come i protoni. 

La farm Linux disponibile in Dipartimento è stata utilizzata per questi calcoli di 

trasporto dei raggi cosmici nell’eliosfera. I principali risultati ottenuti sono i 

seguenti: 

• Il modello ha permesso di ottenere spettri modulati di protoni ed antiprotoni così 

come di elettroni e positroni. Questi spettri hanno mostrato un buon accordo con 

quelli pubblicati dagli esperimenti AMS-01, BESS, PAMELA. 

• Si è studiato l’effetto dell’interazione del bordo esterno dell’eliosfera con il 

campo magnetico interstellare. Vi è la possibilità che una frazione di particelle 

uscenti dall’eliosfera possa rientrarvi e contribuire al flusso totale. In questo 



modo lo spettro interstellare (LIS) risulta essere modificato dall'attività solare e 

dal rapporto tra la diffusione all'interno dell'eliosfera e appena al di fuori di essa. 

Abbondanza Relativa e Spettri di Ioni Leggeri. 

Misure di composizione isotopica dei raggi cosmici sono importanti per comprendere 

la propagazione nella galassia. Un’analisi sistematica dei dati che AMS-01 ha 

raccolto nel 1998 ha permesso di ricavare sia il rapporto di raggi cosmici 

secondari/primari come Li/C Be/C e B/C nell'intervallo di energia 0.35-45 GeV/n, 

come pure il rapporto secondari/secondari e il rapporto isotopico 7 Li/ 6 Li. Gli spettri 

mostrano un buon accordo con i dati presenti in letteratura. 

b) Presso il dipartimento è stato studiato e sviluppato il sistema di trasferimento e 

archiviazione dei dati di AMS-02 che sarà usato per il trasferimento da/per il Data 

Repository, dove si effettuerà la raccolta dei dati in arrivo dalla stazione spaziale 

ISSA. Dal 2004 il software e' mantenuto dal gruppo di Milano Bicocca ed 

organizzato con una struttura di data-catalog. Il gruppo si occupa del trasferimento 

dei dati dal Science Operation Center (SOC) presso il CERN di Ginevra all' Italian 

Ground Segment Data Storage (IGSDS) situato presso il CNAF di Bologna. Dopo 

l’approvazione alla fine del 2003 da parte della Commissione II nazionale, all'IGSDS 

e' affidato l'incarico di mantenere la “master copy” dei dati raw dell'esperimento 

AMS raccolti sulla ISSA. I dati sono conservati e archiviati su tape, insieme ai dati 

Monte Carlo (MC) e ai dati ricostruiti. Questi ultimi sono anche disponibili su file 

system per permetterne un accesso veloce e quindi l’uso per l'analisi da parte della 

collaborazione AMS. Il CNAF assieme al laboratorio di Milano, che ha la funzione 

di Data-Transfer Management and Survey (DTMS), costituiscono il ground-segment 

italiano integrato nel complesso del ground-segment della collaborazione AMS-02. 

Il CNAF fornisce inoltre potenza di calcolo presso il proprio cluster di computer alla 

collaborazione AMS per produzione di dati Monte Carlo (MC) e analisi remota. Il 

sistema di Data Transfer (DT) viene applicato anche per trasferire dati di produzione 

Monte Carlo dai siti remoti (o Regional Centers - RC) al SOC. Pertanto il gruppo di 

Milano Bicocca si occupa della produzione di dati MC al CNAF e del loro 

trasferimento al SOC. Accanto al CNAF il DT viene utilizzato per trasferire dati MC 

provenienti dall’ASI Science Data Center, nonche' dai due RC che producono dati 

MC situati in Cina [Beijing Univ. Aeronautics and Astronautics (BUAA-NLAA) e 

South East University di Nanjing (SEU)]. 

Il sistema si appoggia, presso il SOC (CERN), ad un complesso di servers e di 

storage gestiti e mantenuti dal gruppo di Milano. I due sistemi, basati sulla stessa 

architettura client/server e RDBMS, sono stati ottimizzati per le diverse finalità: 

semplicità di installazione e monitoraggio per il sistema di trasferimento Monte 

Carlo e robustezza e alta efficienza per il sistema di trasferimento verso IGSDS. In 

particolare quest'ultimo ha visto anche l'integrazione con le librerie di storage di 

massa CASTOR, per realizzare ed ottimizzare l'uso delle risorse dell'IGSDS. 

Parallelamente, al fine di garantire la consistenza dei diversi campioni di dati, è in 

funzione a Milano il sistema di DT Management and Survey, in grado di rivelare, 

notificare e correggere eventuali inconsistenze (attualmente attestate intorno al 0.03 

% del campione). Tale sistema è in produzione dal Gennaio 2008 per il trasferimento 

di dati di MC e di calibrazione/test-beam raccolti presso il CERN; attualmente il 

sistema ha correttamente trasferito 55 Tbyte di dati dal CERN al CNAF. 



In vista del lancio di AMS – previsto nell'aprile 2011 - alcune caratteristiche del 

sistema di DT di Milano Bicocca si stanno dimostrando utili anche per il 

trasferimento dati dal Marshall Space Flight Center (MSFC) al Payload Operation 

Control Center (POCC) che nei primi mesi di presa dati sara' al Johnson Space 

Center di Houston. Di conseguenza si stanno integrando i sistemi di monitoring con 

il sistema di trasferimento su rete NASA. 

• Per l’applicazione in campo spaziale di dispositivi VLSI al silicio è stata 

completata un’attività volta alla loro qualificazione in vista del danno da 

radiazione. In particolare, sono stati studiati gli effetti dovuti alla dose - 

depositata attraverso processi non-ionizzanti da neutroni e ioni di C – in silicio 

monocristallino (di tipo p ed n) con resistività tra 0.01 e 7000 ohm cm. 

• In base a misure sistematiche (in funzione della temperatura da quella 

ambiente ad 11 K) di effetto Hall e di resistività con il metodo Van der Pauw 

sui campioni di silicio irraggiati, si è determinato come i) vi sia una 

progressiva riduzione del regime di saturazione - in cui cioè il coefficiente Hall 

è approssimativamente costante in funzione della temperatura - con 

l’aumentare della fluenza, ii) i campioni a grande resistività mostrino un 

cambiamento del segno del coefficiente Hall per irraggiamenti elevati e iii) 

variazioni trascurabili si manifestino nei campioni a bassa resistività. 

• Inoltre si è studiato il danno da spostamento di atomi di silicio nel cristallo, nel 

caso in cui sia dovuto a processi di perdita di energia di ioni incidenti, che 

interagiscano attraverso processi coulombiani (schermati) non-ionizzanti. Per 

queste interazioni si sono considerati i casi di energie relativistiche e prossime 

a valori relativistici. La trattazione è stata inclusa nella versione 9.3 del codice 

di simulazione Geant4. Questi processi sono di particolare importanza per 

calcolare la dose da spostamento in ambiente spaziale, dovuta per esempio a 

raggi cosmici galattici e particelle energetiche solari. 

Pubblicazioni 

Autori: G. Boella, M. Boschini, C. Consolandi, D. Grandi, M. Gervasi, E. Memola, 

S. Pensotti, P.G. Rancoita, M. Tacconi: 

• “Fluxes and nuclear abundances of cosmic rays inside the magnetosphere 

using a transmission function approach”, Advances in Space Research, 

Volume 43, Issue 3, p. 385-393 (2009) 

• “2D Stochastic Montecarlo to evaluate the modulation of GCR for positive 

and negative periods”, Proc. of the 21th European Cosmic Rays Symposium 

(Kosice, Slovakia 8-12/9/2008), published by Institute of Experimental 

Physics (Kosice) 2009, 248-253. 

• Nuclear Abundances and Fluxes inside the Magnetosphere , Proc. of the 21th 

European Cosmic Rays Symposium (Kosice, Slovakia 8-12/9/2008), 

published by Institute of Experimental Physics (Kosice) 2009, 183-187. 

• “Heliosphere modulation of Primary Cosmic Rays for the AMS-02 mission”, 

Proceedings of the 31st ICRC Lodz Polonia (2009). 

• “Drift models and polar field for cosmic rays propagation in the 

heliosphere”, Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics 

and Advanced Technology (11 th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World 



Scientific (Singapore) 2010, 760-764. 

• “Galactic Cosmic Rays Modulation and prediction for the AMS-02 mission”, 

Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics and Advanced 

Technology (11 th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore) 

2010, 210-219. 

• “Reentrant Heliospheric Particles in Case of Shocks Amplified Magnetic 

Fields”, Proc. of the 10th International Conference on Particle Physics and 

Advanced Technology (11 th ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific 

(Singapore) 2010, 751-754. 

• “Hall coefficient dependence on silicon resistivity for neutron and carbon 

irradiated samples down to cryogenic temperatures”, Proc. of the 10th 

International Conference on Particle Physics and Advanced Technology (11 th 

ICATPP, Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 577-584. 

• “Geant4-based application development for NIEL calculation in the 

SpaceRadiation Environment”, Proc. of the 10th International Conference on 

Particle Physics and Advanced Technology (11 th ICATPP, Como 5- 

9/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 698-708. 

• “The gamma-Ray Sky under a new light”, Proc. of the 10th International 

Conference on Particle Physics and Advanced Technology (11 th ICATPP, 

Como 5-9/10/2009), World Scientific (Singapore) 2010, 279-285. 

• “Antiproton modulation in the Heliosphere and AMS-02 antiproton over 

proton ratio prediction”, Proceedings of the 22nd European Cosmic Ray 

Symposium in Turku, Finland, 3-6 August 2010 (accepted for publication in 

Astrophys. Space Sci. Trans); arXiv:1102.0215 [astro-ph.EP] avaible at 

http://arxiv.org/abs/1102.0215. 

• C.Leroy and P.G.Rancoita, Principles of Radiation Interaction in Matter and 

Detection - Second Edition, World Scientific (Singapore) 952, ISBN-978- 

981-281-827-0,2009 

Fisica del neutrino con rivelatori bolometrici 

Personale universitario: 

C. Brofferio, S. Capelli, C.Callegaro, M. Clemenza, A. De Lucia, E. Fiorini, A. 

Nucciotti, M. Pavan, M. Sisti, L. Zanotti 


L. Carbone, G. Ceruti, O. Cremonesi, R. Gaigher, M. Perego, G. Pessina, S. Pirro, E. 

Previtali 

Personale con contratto a tempo determinato o assegno di ricerca (Università o 

INFN): 

C. Arnaboldi, A. Giachero, C. Gotti, S. Kraft-Bermuth, M. Martinez, D. Schaeffer 

Dottorandi: M. Carrettoni, E.Ferri, L. Gironi, C. Maiano, L. Pattavina 



a) Misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico con metodo 

calorimetrico 

Nel corso del 2009 è proseguita l'installazione dell'esperimento MARE-1. Una volta 

completato l'assemblaggio del set-up criogenico, alcuni inconvenienti incontrati 

durante i primi raffreddamenti hanno costretto a posticipare l'inizio della presa dati. 

In particolare si è dovuto ridisegnare il supporto meccanico in Kevlar ed i 

collegamenti elettrici a bassa conducibilità termica del preamplificatore criogenico. 

Nella seconda metà del 2009 sono state testate con successo a bassa temperatura le 

nuove soluzioni tecniche adottate. Alla fine del 2009 il sistema è pronto per iniziare 

la caratterizzazione dei microcalorimetri con cristalli di perrenato di argento 

(AgReO 4 ). 

Le attività di MARE-1 si svolgono in collaborazione con NASA/GSFC (Greenbelt, 

MD, USA) e Wisconsin University (Madison, WI, USA). 

Nel 2009 è stata anche avviata una collaborazione con il gruppo di Fedor Šimkovic 

della Comenius University (Bratislava, Slovakia) per uno studio dettagliato della 

forma teorica dello spettro beta del 187 Re. 

b) Ricerca del decadimento doppio beta (DBD) senza neutrini nel 130 Te e di altri 

decadimento rari con bolometri di TeO 2 

La ricerca del DBD senza neutrini (il tempo di dimezzamento è maggiore di 10 24 

anni) è uno dei metodi più sensibili per determinare la natura del neutrino 

(Dirac/Majorana) e per ricavare informazioni sulla gerarchia e sulla scala assoluta di 

massa di questa particella, tanto importante in processi nucleari, come la produzione 

di energia solare e i decadimenti radioattivi deboli, e per spiegare misteri ancora oggi 

insoluti sulla formazione dell'universo e sulla sua composizione. 

Tale ricerca viene portata avanti da quasi vent’ anni dal gruppo di Milano tramite 

tecnica bolometrica, basata sull'impiego di cristalli di TeO 2 , operanti a temperature 

criogeniche. Qualunque energia depositata al loro interno può essere misurata senza 

alcuno strato morto superficiale grazie alla loro variazione di temperatura che, a 10 

mK, risulta misurabile. Il tellurio naturale utilizzato per la costruzione dei cristalli 

contiene l'isotopo candidato al Decadimento Doppio Beta (DBD) in una frazione del 

33.8%. La segnatura cercata per un evento senza emissione di neutrini (DBD0n) è il 

picco somma al Q valore della reazione nello spettro energetico. Questo picco è 

dovuto alla deposizione completa dell'energia da parte dei due elettroni emessi nel 

decadimento. 

L'attività svolta dal gruppo nel corso del 2009 può essere suddivisa in 4 filoni 

principali: 

1) CUORICINO 

2) Run di test “Tre torri” 

3) CUORE 

4) CUORE-0 

5) R&D su bolometri scintillanti 



1. CUORICINO 

L'esperienza guadagnata con precedenti esperimenti di massa via via crescente ha 

portato alla costruzione nel 2002 di CUORICINO, una torre di 62 cristalli di TeO 2 , 

per una massa complessiva di circa 40 kg di rivelatore. L'esperimento, installato 

presso la sala A dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), ha acquisito dati 

dal 2003 fino a luglio 2008, quando è stato smontato. A marzo 2008, 4 mesi prima 

della chiusura, è stato installato un veto per muoni, per valutare il contributo cosmico 

al fondo radioattivo misurato. In contemporanea è stato installato un prototipo del 

sistema di acquisizione (DAQ), che verrà utilizzato nel futuro esperimento CUORE, 

per testarne il funzionamento ed evidenziarne eventuali problemi e difetti. 

Nellárco del 2009 i dati acquisiti dallésperimento sono stati completamente 

riprocessati usando il nuovo sistema di analisi sviluppato per CUORE (diana). Il 

confronto con la precendente analisi, svolta utilizzando algoritmi gia` largamente 

utilizzati e verificati anche in precedenti misure bolometriche, ha permesso di 

verificare il corretto funzionamento del nuovo sistema. Approfittando della 

riprocessazione si sono inoltre potuti introdurre e testare nuovi algoritmi, cosi` come 

sviluppare procedure automatiche, fondamentali per lánalisi dei quasi 1000 

rivelatori che ospitera` lésperimento CUORE. 

2. RUN DI TEST TRE TORRI 

La sensibilità raggiungibile nella ricerca del DBD senza neutrini, e 

conseguentemente sulla misura della massa efficace del neutrino elettronico puo` 

essere fortemente limitata dalla presenza di conteggi spuri nella regione energetica di 

interesse (ROI). Al fine di raggiungere una sensibilità sufficiente a coprire un ampio 

intervallo dello spettro di massa a gerarchia inversa dei neutrini è indispensabile 

ottenere un fondo radioattivo dell'ordine degli 0.01-0.001 c/keV/kg/y nella ROI. Il 

futuro esperimento CUORE punta a raggiungere nella regione di interesse un fondo 

inferiore agli 0.01 c/keV/kg/y. 

A tale scopo, ed in particolare al fine di comprendere e ridurre le fonti radioattive 

responsabili del fondo misurato in esperimenti con bolometri di TeO2, e` stato 

portato avanti nel corso degli anni 2009 e 2010 un intenso R&D. Sulla base 

dellánalisi del fondo misurato da CUORICINO e da rivelatori operati in successive 

misure bolometriche di test, si e` rivelato fondamentale ottenere livelli di pulizia 

superficiale del rame affacciato ai rivelatori estremamente spinti (inferiori ai 10 -8 

Bq/cm 2 ). Per individuare la tecnica che meglio sintetizzi alta purezza delle superficie 

con praticita`, riproducibilita` e basso costo di produzione, nel 2008 e` stato 

installato presso la sala A dei LNGS un rivelatore di test, costituito da 3 torri da 3 

piani di 4 cristalli di TeO2 ciascuno. Il rame che sostiene e circonda i cristalli delle 

tre torri e` stato sottoposto a tre differenti tecniche di trattamento superficiale. 

Nel corso del 2009 il rivelatore e` stato installato e messo in opera allínterno del 

criostato che precedentemente ospitava CUORICINO. Lésperimento ha preso dati 

da settembre 2009 a gennaio 2010 utilizzando la nuova acquisizione sviluppata per 

CUORE. 



3. CUORE 

L'attività svolta nel corso del 2009, in collaborazione con altre istituzioni ed 

università italiane ed americane partecipanti alla sigla CUORE, riguarda diversi 

punti così sintetizzabili: 

• baracca sperimentale e criostato: si e` iniziata la prima fase di costruzione 

della baracca. E` iniziata la produzione degli schermi del criostato presso la 

ditta SIMIC vincitrice della gara. A Milano e` iniziata la produzione delle 

varie componenti (conduttanze termiche, termalizzatori, termometri, 

connessioni da vuoto, sistema di pompaggio). E` iniziata la produzione 

presso Leiden dellÚnita` a Diluizione del criostato. 

• assemblaggio del rivelatore: 

Sono stati fissati i dettagli della struttura bolometrica del rivelatore (cristallo, 

termistore e heater). E` iniziata la produzione dei supporti di teflon dei 

cristalli e della struttura di rame delle torri e delle glove-box in cui verranno 

moltati i rivelatori in atmosfera dázoto. E` stata disegnata e progettata la 

macchina per líncollaggio dei termistori sui cristalli. E` iniziata la 

produzione dei cristalli di CUORE e il loro stoccaggio in atmosfera dázoto 

allínterno dei laboratori sotterranei del Gran Sasso. 

• radioattività: 

e` stata portata avanti una continua attivita` di monitoring dei livelli di 

radioattivita` dei materiali utilizzati nella produzione dei cristalli , per 

verificarne la conformita` alle richieste per CUORE. Sono stati effettuati 3 

run di test su 12 cristalli a campione dai diversi batch di produzione, al fine 

di valutarne le prestazioni e la radiopurezza, verificandone la conformita` 

alle richieste contrattuali. Sono anche state fatte misure con rivelatori al Si a 

barriera superficiale per verificare la compatibilità della radiopurezza dei 

termistori con le richieste per CUORE. 

• analisi: e` stato portato avanti nel corso del 2009 lo sviluppo di un nuovo 

sistema di analisi dei dati il cui scopo ultimo e` la processazione dei dati 

acquisiti dai quasi 1000 rivelatori di CUORE. 

• Sistema di acquisizione: il nuovo sistema di acquisizione e` stato utilizzato, 

testato e ottimizzato per i dati acquisiti per il test delle 3 torri e per i primi 3 

test dei cristalli prodotti per CUORE. 

• elettronica: sono state progettate e disegnate le parti principali 

dell'elettronica di CUORE e sono iniziati i primi test su prototipi. 

4. CUORE-0 



Prima della messa in opera dell'intero rivelatore di CUORE, le procedure di 

assemblaggio, la DAQ e il sistema di analisi saranno testati su una singola torre. 

L'analisi dei dati che verranno acquisiti in questo test permetterà anche di controllare 

il comportamento bolometrico di un alto numero di cristalli, realizzati secondo i 

nuovi protocolli, così come il raggiungimento di un buon livello di fondo radioattivo. 

Nel corso del 2009 e` iniziata la produzione e la costruzione dellésperimento: i 

cristalli di TeO2 sono stati prodotti e trattati superficialmente presso la ditta SICCAS 

in Cina seguendo il protocollo definito per CUORE, i termistori sono stati prodotti e 

testati, il rame per la struttura della torre di rivelatori e` stato procurato e da esso 

sono stati prodotte tutte le parti in rame necessarie. Nel contempo e` stata progettata 

la linea di incollaggio dei termistori. 

c) Studio di bolometri scintillanti per altre ricerche di Doppio Decadimento Beta 

Nell'ambito della ricerca del Doppio Decadimento Beta senza emissione di neutrini 

(0νDDB), la possibilità di avere rivelatori con una elevata risoluzione energetica 

(FWHM=0.2-0.5% a 2800 keV) in grado di discriminare eventi beta/gamma (la 

classe di eventi a cui appartiene il 0νDDB) da eventi indotti da particelle quali alfa, 

neutroni rinculi nucleari è estremamente interessante. Una tale tecnica troverebbe 

applicazione sia direttamente nella ricerca del 0νDDB sia negli studi delle 

componenti del fondo che dominano un esperimento 0νDDB. Nel campo dei 

bolometri questa possibilità di discriminazione viene offerta da rivelatori a doppia 

lettura, cioè che affiancano alla lettura del segnale termico la lettura di un segnale di 

ionizzazione (diretto o indiretto) che – in virtù della differente ionizzazione specifica 

– distingue il tipo di particella. I bolometri scintillanti sono un tipico esempio di 

applicazione di questa tecnica. 

Nell'ottica di lavorare alla realizzazione di bolometri scintillanti adatti alla ricerca del 

0νDDB (e quindi basati su cristalli che abbiano nella loro molecola un nucleo 

candidato a questo decadimento) si è iniziato – alcuni anni fa - uno studio estensivo 

di cristalli contenenti selenio, molibdeno e cadmio. Questi tre elementi hanno un 

isotopo che è candidato al 0νDDB con una matrice nucleare estremamente 

favorevole e un'energia di transizione molto alta. Quest'ultima caratteristica 

costituisce un fattore di merito importante perchè indica che il segnale di 0νDDB è 

oscurabile solo da un numero estramamente limitato di eventi, tra i quali i più 

importanti sono i decadimenti alfa delle catene naturali. 



Principio di funzionamento dei bolometri 

scintillanti. Il rivelatore è composto da un 

bolometro (un cristallo scintillante accoppiato ad 

un termometro) ed un adeguato rivelatore di luce 

in grado di misurare la luce di scintillazione. 

L'idea alla base di questo rivelatore ibrido è di 

combinare le due informazioni disponibili: 

l'energia rilasciata sotto forma di calore nel 

cristallo assorbitore e la luce di scintillazione 

rilevata da un secondo bolometro affacciato al 

cristallo principale. 

Nel corso del 2009 si sono andati perfezionando i risultati già ottenuti nel biennio 

precedente, mediante nuovi test mirati, realizzati presso i Laboratori Nazionali del 

Gran Sasso e un'analisi accurata delle misure. In particolare nel corso del 2009 ci si 

e` focalizzati sullo studio di cristalli di CdWO4. 

* bolometri scintillanti di CdWO4 - è stata misurata con accuratezza la resa in luce 

a bassa energia, il quenching factor di alfa e neutroni, la capacità di reiezione di 

eventi originati da particelle alfa o da neutroni, il fondo intrinseco dei cristalli, la 

risoluzione energetica sul segnale di luce e sul segnale termico. Infine si è studiata la 

possibilità di migliorare la risoluzione stessa mediante lo studio dell'anticorrelazione 

tra segnale di luce e segnale di calore. 

Pubblicazioni 

1. The low radioactivity link of the CUORE experiment 

E. Andreotti, C.Arnaboldi, M.Barucci, C. Brofferio, C.Cosmelli, L.Calligaris, 

S. Capelli, M.Clemenza, C.Maiano, M.Pellicciari, G.Pessina, S.Pirro 

Journal of Instrumentation, Jinst, Vol.4, P09003, p. 1-17, 2009. 

2. Background study and Monte Carlo simulations for large-mass bolometers 

Bucci C., Capelli S., Carrettoni M., Clemenza M., Cremonesi O., Gironi L., 

Gorla P., Maiano C., Nucciotti A., Pattavina L., Pavan M., Pedretti M., Pirro 

S., Previtali E., Sisti M. 

Eur. Phys. J. Special Topics, Vol. 41, p. 155-168, 2009, ISSN: 1951-6355 

3. CdWO4 bolometers for Double Beta Decay search 

L.Gironi et al. 

Optical Material, 31, August 2009, 1388-1392 

4. Physics of rare events: insights on Napoleon death 

Ettore Fiorini 

Nuclear Physics B - Proceedings Supplements, Volume 188, March 2009, 

365 

5. Expectations for a new calorimetric neutrino mass experiment 



A.Nucciotti, E.Ferri, O.Cremonesi 

ASTROPARTICLE PHYSICS, vol. 34; p. 80-89, ISSN: 0927-6505. 

Conferenze: 

1. Neutrino physics with thermal detectors 

A.Nucciotti 

AIP Conference Proceedings Volume: 1180, 81 

Presentato a: Workshop on Calculation of Double-Beta Decay Matrix 

Elements (MEDEX 09) Prague, Czech Republic, 15-19 June 2009 

2. Sensitivity and systematics of calorimetric neutrino mass experiments 

A.Nucciotti, E.Ferri, O.Cremonesi 

AIP Conf. Proc. - December 16, 2009 - Volume 1185, pp. 689-692. 

Presentato a LTD13, 13th International Workshop on Low Temperature 

Detectors, Stanford July 20-24, 2009. 

3. Status of the MARE experiment in Milan 

Ferri, E.; Arnaboldi, C.; Ceruti, G.; Kilbourne, C.; Kraft-Bermuth, S.; 

Nucciotti, A.; Pessina, G.; Miller, A 




4. The low-temperature energy calibration system for the CUORE bolometer 

array 

Sangiorgio, S.; Ejzak, L.M.; Heeger, K.M.; Maruyama, R.H.; Nucciotti, A.; 

Olcese, M.; Wise, T.S.; Woodcraft, A.L. 




5. Progress on the CUORE cryogenic system 

Martinez, M.; Alessandria, F.; Arnaboldi, C.; Barucci, M.; Bucci, C.; 

Frossati, G.; Nucciotti, A.; Schaeffer, D.; Sisti, M.; De Waard, A.; 

Woodcraft, A. 




6. CUORE, the near future of neutrinoless double beta decay searches 

A. Nucciotti, 

presentato a WIN09, 22nd International Workshop on Weak Interactions and 

Neutrinos, Perugia (Italy), September 14th - 19th, 2009 

7. The cryostat of the CUORE Project, a 1-ton scale cryogenic experiment for 

neutrinoless double beta decay research 

Schaeffer, D.; Nucciotti, A.; Alessandria, F.; Ardito, R.; Barucci, M.; 

Risegari, L.; Ventura, G.; Bucci, C.; Frossati, G.; Olcese, M.; de Waard, A., 



Journal of Physics: Conference Series Volume: 150 Pages: 012042 (4 pp.) 

Published: 2009. Presentato a: 25th International Conference on Low 

Temperature Physics (LT25), Amsterdam, Netherlands, 6-13 August 2008. 

8. Neutrinoless Double Beta Decay with TeO2 bolometers: past and future 

S.Capelli, Preparato per CTP International Conference on Neutrino Physics in 

the LHC Era, Luxor, Egypt from 15-19 Nov. 2009, Da pubblicarsi in the 

"American Institute of Physics" conference proceedings. 

9. The preamplifier for CUORE, and array of large mass bolometers 

C.Arnaboldi, X.Liu, G.Pessina 

IEEE NSS Conf Rec, 25 - 31 Ottobre 2009, N13-042 pp 389 395, Orlando. 

10. Scintillating bolometers for Double Beta Decay search 

L. Gironi, 11th Pisa meeting on advanced detectors, 

Isola d'Elba, 24 - 30 Maggio 2009 

11. L'esperimento CUORE e la ricerca del Doppio Decadimento beta 

L. Gironi, XCV Congresso Nazionale della Societ a Italiana di Fisica, Bari, 

28 Settembre - 3 Ottobre 2009 

12. Neutrino Physics with cryogenic detectors 

E.Fiorini, Review at Erice 2009 INTERNATIONAL SCHOOL OF 

NUCLEAR PHYSICS 

31st CourseNeutrinos in Cosmology, in Astro-, Particle- and Nuclear Physics 

13. Neutrino masses and Neutrinoless Double Beta Decay: Status and 

expectations 

Oliviero Cremonesi. Review to the CERN Workshop on the European 

Strategy for Future Neutrino Physics, 1-3 October, 2009. e-Print: 

arXiv:1002.1437 [hep-ex] 

14. Double beta decay searches 

Oliviero Cremonesi 

Review to the 4th Nuclear Physics in Astrophysics and 22th International 

Nuclear Physics Divisional Conference of the European Physical Society, 

Gran Sasso, Italy, 812 Jun 2009. 

J.Phys.Conf.Ser.202:012037,2010 



ASTROFISICA 

Personale 

Giuliano Boella 

Silvio Bonometto 

Guido Chincarini 

Giorgio Sironi 

Monica Colpi 

Giuseppe Gavazzi 

Massimo Gervasi 

Giandomenico Sassi 

Mario Zannoni 

Emanuele Ripamonti 

Luciano Casarini 

Paolo D’Avanzo 

professore ordinario 




professore associato 




ricercatore universitario 

assegnista di ricerca 

assegnista di ricerca 

ricercatore a tempo determinato 

Giorgio Calderone 

Giuseppe La Vacca 

Raffaella Margutti 

Sebastiano Spinelli 

Andrea Passerini 

Sandro Baù 

Dottorando 

Dottorando 

Dottorando 

Dottorando 

Tecnico Elettronico 

Tecnico Elettronico 

RICERCA 

• Dinamica/Fueling di buchi neri supermassivi in galassie in interazione 

• Dinamica/Fueling di buchi neri massivi in dischi circumnucleari 

• Controparti elettromagnetiche di buchi neri in coalescenza in relazione a 

LISA 

• Ultra-Luminous X-Ray Sources: buchi neri di massa intermedia in 

ambienti di bassa metallicita'. 

Personale 

Monica Colpi 

Emanuele Ripamonti 

Giorgio Calderone 

Descrizione della Ricerca 

I. Buchi neri supermassivi 



Il progetto ESA-NASA LISA, acronimo di Laser Interferometer Space Antenna, 

prevede entro il 2023 la rivelazione diretta di onde gravitazionali emesse in eventi di 

coalescenza di buchi neri supermassivi binari. Masse e spin dei buchi neri potranno 

essere determinate con straordinaria accuratezza, permettendo in tale modo di 

tracciare la loro evoluzione cosmica e di evidenziare il ruolo dell'aggregazione 

gerarchica nella formazione delle strutture cosmiche. 

Lo studio della dinamica di formazione di buchi neri binari in galassie in interazione, 

così cruciale per realizzare un evento LISA, è diventato argomento centrale della 

ricerca negli ultimi cinque anni. Condotta con tecniche SPH/N-Body fra le più 

avanzate al mondo, la ricerca ha portato ai seguenti risultati: 

(i) Formazione di buchi neri binari in galassie in collisione 

Simulazioni di “minor e major mergers” sono state in grado di stabilire a livello 

quantitativo la sensibilità del processo di accoppiamento dinamico (pairing) dei 

buchi neri su scale superiori ai 100 pc, in funzione dell'ambiente, della dinamica 

dell'incontro, del rapporto di massa e dello stato termodinamico del gas. 

Simulazioni di major mergers (le più accurate in letteratura) con buchi neri massivi 

hanno catturato per la prima volta il momento di formazione di una “binaria 

Kepleriana” immersa in un disco circumnucleare massivo. 

Simulazioni di major mergers hanno indicato il ruolo centrale delle instabilità 

gravitazionali (tides and bar instabilities), della formazione stellare e del feedback 

radiativo 

(a) nella dinamica di pairing di buchi neri su scale dal kpc al paresec; 

(b) nella crescita in massa del buco nero in relazione con la dispersione di velocità 

stellare della galassia relitto. 

(ii) Buchi neri di massa intermedia (IMBH): MSPs e ULXs 

L'esistenza di buchi neri con masse superiori a 100 masse solari è attesa da diverse 

teorie sulla formazione dei buchi neri supermassivi (pop III stars/seed black holes 

from collapsing gasoues discs). Siti ideali per la loro formazione sono ammassi 

stellari densi. 

In tre ammassi globulari (G1, NGC 6752, e M15) è stata segnalata la presenza di 

materia non luminosa riconducibile alla presenza di un IMBH centrale. 

Inoltre, molte sorgenti enigmatiche note come Ultra-Luminous X-Ray sources 

(ULXs), osservate in regioni di elevata formazione stellare, sono interpretate come 

IMBHs in accrescimento in sistemi binari. 

La ricerca di IMBHs in diversi contesti ha motivato lo sviluppo di alcuni studi fra i 

quali l'interpretazione di ULXs in Cartwheel e galassia ad anello riconducibili ad 

eventi di intensa formazione stellare in ambiente NON metallico. 

Collaborazioni: 

Albert Einstein Institute Potsdam 



Institute for Theoretical Studies, University of Zurich 

University of Michigan 

Univerità dell'Insubria 

Pubblicazioni: 

1) A. Perego, M. Dotti, M. Colpi, M. Volonteri: 

Mass and spin co-evolution during the alignment of a black hole in a 

warped accretion disc 

MNRAS, 2009, 399, 2249 

2) M. Dotti, C. Montuori, R. Decarli, M. Volonteri, M. Colpi, F. Haardt: 

SDSSJ092712.65+294344.0: a candidate massive black hole binary 

MNRAS, 2009, 398, L73 

3) M. Dotti, M. Ruszkowski, L. Paredi, M. Colpi, M. Volonteri, F. Haardt: 

Dual black holes in merger remnants - I. Linking accretion to dynamics 


3) M. Colpi, M. Dotti: 

Massive Binary Black Holes in the Cosmic Landscape 

Advance Science Letters, Review, 2009, arXiv0906.4339 

4) R. Decarli, A. Treves, R. Falomo, M. Dotti, M. Colpi, J.K. 

Kotilainen, C. Montuori, M. Uslenghi: 

Probing the Nature of the Massive Black Hole Binary Candidate SDSS J1536+0441 

ApJ, 2009, 703, L76 

5) M. Mapelli, M. Colpi, L. Zampieri: 

Low metallicity and ultra-luminous X-ray sources in the Cartwheel galaxy 

MNRAS, 2009, 388, L6 

6) M. Colpi, S. Callegari, M. Dotti. L. Mayer: 

Massive black hole binary evolution in gas-rich mergers 

Classical \& Quantum Gravity, 2009, 26, Issue 9, pp. 094029 

7) S. Callegari, L. Mayer, S. Kazantzidis, M. Colpi, F. Governato, T. Quinn, 

J. Wadsley: 

Pairing of Supermassive Black Holes in Unequal-Mass Galaxy Mergers 

ApJ, 2009, 696, L89 

8) B. Devecchi, M. Dotti, M. Volonteri, M. Colpi: 

Imprints of recoiling massive black holes on the hot gas of early-type galaxies 


9) M. Colpi, B. Devecchi: 

Dynamical Formation and Evolution of Neutron Star and Black Hole 

Binaries in Globular Clusters 



2009, Physics of Relativistic Objects in Compact Binaries: from Birth to 

Coalescence, 

Edited by M. Colpi, P. Casella, V. Gorini, U. Moschella and A. Possenti. 

Astrophysics and Space Science Library, Vol. 359. Berlin: Springer, 2009. 

10) Dotti, M.; Colpi, M.; Maraschi, L.; Perego, A.; Volonteri, M.: 

A Path to Radio-Loudness through Gas-Poor Galaxy Mergers and the Role of 

Retrograde Accretion and Ejection in AGN: a Global View. Proceedings of a 

conference held June 22-26, 2009 in Como, Italy. Edited by Laura Maraschi, 

Gabriele Ghisellini, Roberto Della Ceca, and Fabrizio Tavecchio., p.19 

• Osservazioni multibanda delle galassie nell'universo locale 

• Determinazione dei parametri strutturali delle galassie 

• Influenza dell'ambiente sull'evoluzione delle galassie 

• Sintesi di popolazione stellare e confronto con le osservazioni 

• Determinazione della storia di formazione stellare delle galassie di campo 

e di ammasso 

Personale 

Giuseppe Gavazzi 

La ricerca affrontata ormai da anni, rientrante nella categoria “near-field cosmology” 

ha come obiettivo un avanzamento della comprensione del fenomeno dell’evoluzione 

delle galassie, fornendo solide condizioni al contorno a z=0, derivate da osservazioni 

multifrequenza di galassie nell’ammasso della Vergine e nelle sue vicinanze. 

Distribuzioni spettrali di energia dettagliate (SED) che stanno per scaturire da survey 

in corso/pianificate dall’UV, visibile e lontano-IR permettono di ricostruire la loro 

storia di formazione stellare mediante il fit dei loro SED con modelli di sintesi di 

popolazione stellare, e di vincolarli utilizzando le misure del contenuto gassoso e del 

tasso di formazione stellare attuali (z=0) derivati da campagne di osservazioni radio 

(21 cm) e H_alpha in corso. 

La ricerca è focalizzata a migliorare la nostra comprensione dell’origine della 

dicotomia tra galassie Late-Type vs Early-type nell’universo locale e della sua 

dipendenza ambientale, prendendo spunto da quattro survey in corso o pianificate 

dell’ammasso della Vergine (l’ammasso ricco piu’ vicino nel volume locale) e della 

sua periferia: 

ALFALFA (2006-2011): la Arecibo Legacy Fast ALFA Survey (PI R. 

Giovanelli), che prevede l'osservazione di 7000 gradi quadrati di cielo alla 

lunghezza d'onda di 21 cm per acquisire la mappa della distribuzione 

dell'idrogeno neutro nelle galassie. 

H_ALFA^3 (2006-2010): imaging follow-up in H_alfa delle sorgenti ALFALFA 

mediante il telescopio di 2.1m dell'Osservatorio Nazionale Messicano OAN (PI 

G. Gavazzi) che permetterà' di determinare il tasso di formazione stellare in atto 

nelle galassie del superammasso locale (incluso l'ammasso della Vergine) onde 



stabilire l'efficienza di trasformazione del loro gas in stelle. 

NGVS (2009-2012): Next Generation Virgo Survey (PI L. Ferrarese). che 

coprira' l'ammasso della Vergine con osservazioni ottiche in 4 bande di 

profondita' e risoluzione senza precedenti, mediante il telescopio Franco- 

Canadese CFHT da 3.6m. 

HeViCS: (2009-2011) Herschel Virgo Cluster Survey (PI J. Davies), che 

utilizzerà' il satellite infrarosso Herschel, recentemente lanciato con 

successo da ESA, per mappare una porzione consistente dell'ammasso della 

Vergine alla scoperta della distribuzione delle polveri nelle sue galassie. 

(nota: queste survey sono state elencate tra quelle di rilievo nel Piano Triennale 

2009-2011 di INAF, sezione “Galaxy properties, formation and evolution: 

observations”) 

Sulla base di questo programma G. Gavazzi (PI) ha ottenuto un finanziamento PRIN 

(2008) per il progetto: "Studio multifrequenza delle galassie nane nell’ammasso della 

Vergine e nelle sue immediate vicinanze". Il finanziamento di circa 12000 euro 

contribuirà a sostenere la suddetta ricerca nei prossimi due anni. 


IASF/INAF, Milano 

Osservatorio di Arcetri (INAF), Firenze 

Laboratoire de Astrophysique de Marseille, France 

NRC Herzberg Institute of Astrophysics, Canada 

University of Cardiff, England 

Cornell University, USA 

University of California at Santa Cruz, USA 

Pubblicazioni 2009 

1) Fumagalli, M., Krumholz, M., Prochaska, X., Gavazzi G., Boselli, A., 

"Molecular Hydrogen deficiency in HI-poor galaxies and its implications for star 

formation" 

2009, ApJ., 697, 1811 

2) Grossi, M.; di Serego Alighieri, S., Giovanardi, C., Gavazzi, G., Giovanelli, R., 

Haynes, M. P., Kent, B. R., Pellegrini, S., Stierwalt, S., Trinchieri, G. 

"The Hi content of early-type galaxies from the ALFALFA survey. II. The case of 

low density environments" 2009, A\&A, 498, 407 

3) Boselli, A., Gavazzi G., 

"The HI properties of galaxies in the Coma I cloud revisited" 2009, A\&A, 508, 201 

4) A. Boselli, S. Boissier, L. Cortese, V. Buat, T.M. Hughes, Gavazzi G., 

"High mass star formation in normal late-type galaxies: observational constraints to 

the IMF" 

2009, Apj, 706, 1527 

5) A. Boselli, S. Boissier, L. Cortese, Gavazzi G.; 



The effect of ram-pressure stripping and starvation on the star formation properties of 

cluster galaxies. 2009, AN, 330, 904 



Fisica dei Gamma Ray Bursts 

Personale 

Guido Chincarini 

Paolo D’Avanzo 

Raffaella Margutti 

The years 2009 – 2010 have been two years of large activity because of the maturity 

reached in the observations and relative modeling of the GRBs and the desire to 

undertake new challenges in addition to the full exploitation of the Swift satellite of 

which I have been, as in the past years, the Italian principal investigator and member 

of the International Restricted Executive. I preapared the ASI report of the 2007 – 

2010 activity since that contract came to an end and I was going to retire from the 

University (Nov 2010). 

1. 

In these two years I participated to 24 papers in refereed journal with a total of 675 

citations. In many of these I had a primary role both in the science and relative 

coordination so that I will mention only the work related to these. 

• I have been primarily interested in understanding the flare activity in GRBs 

convinced that this research may eventually lead to fundamental insights into the 

physics and related modeling of the source of Energy. Most of this work has 

been done in collaboration with Margutti and following the work I published in 

2007 (112 citations). See also papers by Margutti et al. 

• We completed the paper related to GRB090423 for which I asked Dr. Salvaterra 

and Della Valle to coordinate the final writing of the paper. This paper is of 

some cosmological interest because of its z=8.1 redshift. It required a large 

amount of International coordination and local effort in order to get it published 

in Nature together with the paper of the other group who worked on this subject 

with better instrumentation at hand (TNG observation versus VLT and 

GROND). 

• The rest is more or less routine work or work that has been lead by other 

scientists. I would like to refer, however, to the paper by D’Elia et al (2009) on 

GRB080319B who is related to the Nature paper published in 2008 by Racusin 

et al. and on which I had a prominent role and to the paper by Moretti et al. 2009 

that while it reflects work practically done solely by Moretti, id rather 

fundamental and reflects a good knowledge of the instrumentation on board of 

Swift. 

2. 

Following the funding (PRIN 2007) of the conceptual study of a large ground based 

robotic telescope for the study of transients we completed the study of the Telescope 

and focal plane instrumentation to propose for funding of the phase A study and 

funding. The approach to ERC funding has not been successful however because of 

lack of funds and so far we did not attempt to apply to other agencies. The model and 

project has been presented at the GRB meeting in Venice (2009). Meetings and 

seminar in Warsaw. 

3. 



In addition to other activities, seminars and meeting (see below) related to the Swift 

and other projects I interacted with colleagues in Japan (Yukawa Institute) to set up a 

formal collaboration between the Observatory of Brera and the Yukawa Institute of 

theoretical Physics. The agreement has been signed by the two Institutes in 2010. I 

started procedures since some time to set up a formal collaboration between the 

University of Kyoto and the University of Bicocca. This however will require a 

much longer procedure and more contacts and presently has been completely 

superseded because of the disaster we all are witnessing in Japan. 

4. 

In 2009 I organized in Venice an International meeting, extremely successful since 

the top world scientists participated, and published the proceedings as first Editor 

(the proceedings have been dedicated to Bohdan Paczynski). In addition I 

participated and gave seminars (or lectures) in: 

Paris, Warsaw, Shangai, Israel, Japan (Kyoto and Tokyo), USA (Hawaii), Pantelleria 

and Roma. 

5. 

Finally I chaired the European Research Council Panel PE9 – IDEAS and acted in 

various form as referee for PRIN and ERC proposals. 

Publications: 

1) “GRB 090426: the farthest short gamma-ray burst?” 

Antonelli, L. A.; D'Avanzo, P.; Perna, R.; Amati, L.; Covino, S.; Cutini, S.; D'Elia, 

V.; Gallozzi, S.; Grazian, A.; Palazzi, E.; Piranomonte, S.; Rossi, A.; Spiro, S.; 

Stella, L.; Testa, V.; Chincarini, G.; di Paola, A.; Fiore, F.; Fugazza, D.; Giallongo, 

E.; Maiorano, E.; Masetti, N.; Pedichini, F.; Salvaterra, R.; Tagliaferri, G.; Vergani, 

S. 

Astronomy and Astrophysics, Volume 507, Issue 3, 2009, pp.L45-L48 

2) “GRB090111: extra soft steep-decay emission and peculiar rebrightening” 

Margutti, R.; Sakamoto, T.; Chincarini, G.; Guidorzi, C.; Mao, J.; Pasotti, F.; 

Burrows, D.; D'Avanzo, P.; Campana, S.; Barthelmy, S. D.; Gehrels, N. 

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 400, Issue 1, 

pp. L1-L5 

3) “GRB090423 at a redshift of z~8.1” 

Salvaterra, R.; Della Valle, M.; Campana, S.; Chincarini, G.; Covino, S.; D'Avanzo, 

P.; Fernández-Soto, A.; Guidorzi, C.; Mannucci, F.; Margutti, R.; Thöne, C. C.; 

Antonelli, L. A.; Barthelmy, S. D.; de Pasquale, M.; D'Elia, V.; Fiore, F.; Fugazza, 

D.; Hunt, L. K.; Maiorano, E.; Marinoni, S.; Marshall, F. E.; Molinari, E.; Nousek, 

J.; Pian, E.; Racusin, J. L.; Stella, L.; Amati, L.; Andreuzzi, G.; Cusumano, G.; 

Fenimore, E. E.; Ferrero, P.; Giommi, P.; Guetta, D.; Holland, S. T.; Hurley, K.; 

Israel, G. L.; Mao, J.; Markwardt, C. B.; Masetti, N.; Pagani, C.; Palazzi, E.; Palmer, 

D. M.; Piranomonte, S.; Tagliaferri, G.; Testa, V. 

Nature, Volume 461, Issue 7268, pp. 1258-1260 (2009) 



4) “Cleaning the Virgo sampled data for the search of periodic sources of 

gravitational waves” 

Acernese, F.; Alshourbagy, M.; Antonucci, F.; Aoudia, S.; Arun, K. G.; Astone, P.; 

Ballardin, G.; Barone, F.; Barsuglia, M.; Bauer, Th S.; Beker, M.; Bigotta, S.; 

Birindelli, S.; Bizouard, M. A.; Boccara, C.; Bondu, F.; Bonelli, L.; Bosi, L.; 

Braccini, S.; Bradaschia, C.; Brillet, A.; Brisson, V.; Bulten, H. J.; Buskulic, D.; 

Cagnoli, G.; Calloni, E.; Campagna, E.; Canuel, B.; Carbognani, F.; Carbone, L.; 

Cavalier, F.; Cavalieri, R.; Cella, G.; Chassande Mottin, E.; Chatterji, S.; Chincarini, 

A.; Cleva, F.; Coccia, E.; Colas, J.; Colla, A.; Colombini, M.; Corda, C.; orsi, A.; 

Coulon, J.-P.; Cuoco, E.; D'Antonio, S.; Dari, A.; Dattilo, V.; Davier, M.; Day, R.; 

De Rosa, R.; del Prete, M.; Di Fiore, L.; Di Lieto, A.; Emilio, M. Di Paolo; Di 

Virgilio, A.; Drago, M.; Fafone, V.; Ferrante, I.; Fidecaro, F.; Fiori, I.; Flaminio, R.; 

Fournier, J.-D.; Franc, J.; Frasca, S.; Frasconi, F.; Freise, A.; Gammaitoni, L.; 

Garufi, F.; Gemme, G.; Genin, E.; Gennai, A.; Giazotto, A.; Granata, M.; Granata, 

V.; Greverie, C.; Guidi, G.; Heitmann, H.; Hello, P.; Hild, S.; Huet, D.; La Penna, P.; 

Leroy, N.; Letendre, N.; Lorenzini, M.; Loriette, V.; Losurdo, G.; Mackowski, J.-M.; 

Majorana, E.; Man, N.; Mantovani, M.; Marchesoni, F.; Marion, F.; Marque, J.; 

Martelli, F.; Masserot, A.; Menzinger, F.; Michel, C.; Milano, L.; Minenkov, Y.; 

Mohan, M.; Moreau, J.; Morgado, N.; Morgia, A.; Mosca, S.; Moscatelli, V.; Mours, 

B.; Neri, I.; Nocera, F.; Pagliaroli, G.; Palomba, C.; Paoletti, F.; Pardi, S.; 

Pasqualetti, A.; Passaquieti, R.; Passuello, D.; Persichetti, G.; Pichot, M.; 

Piergiovanni, F.; Pinard, L.; Poggiani, R.; Prato, M.; Prodi, G. A.; Punturo, M.; 

Puppo, P.; Rabaste, O.; Rapagnani, P.; Re, V.; Regimbau, T.; Ricci, F.; Robinet, F.; 

Rocchi, A.; Rolland, L.; Romano, R.; Ruggi, P.; Salemi, F.; Sassolas, B.; Sentenac, 

D.; Sturani, R.; Swinkels, B.; Terenzi, R.; Toncelli, A.; Tonelli, M.; Tournefier, E.; 

Travasso, F.; Trummer, J.; Vajente, G.; van den Brand, J. F. J.; van der Putten, S.; 

Vavoulidis, M.; Vedovato, G.; Verkindt, D.; Vetrano, F.; Viceré, A.; Vinet, J.-Y.; 

Vocca, H.; Was, M.; Yvert, M. 

Classical and Quantum Gravity, Volume 26, Issue 20, pp. 204002 (2009) 

5) “Palermo Swift-BAT Hard X-ray Catalogue (Cusumano+, 2010)” 

Cusumano, G.; La Parola, V.; Segreto, A.; Mangano, V.; Ferrigno, C.; Maselli, A.; 

Romano, P.; Mineo, T.; Sbarufatti, B.; Campana, S.; Chincarini, G.; Giommi, P.; 

Masetti, N.; Moretti, A.; Tagliaferri, G. 

VizieR On-line Data Catalog: J/A+A/510/A48. Originally published in: 

2010A&A...510A..48C 

6) “Methods and results of an automatic analysis of a complete sample of Swift-XRT 

observations of GRBs” 

Evans, P. A.; Beardmore, A. P.; Page, K. L.; Osborne, J. P.; O'Brien, P. T.; 

Willingale, R.; Starling, R. L. C.; Burrows, D. N.; Godet, O.; Vetere, L.; Racusin, J.; 

Goad, M. R.; Wiersema, K.; Angelini, L.; Capalbi, M.; Chincarini, G.; Gehrels, N.; 

Kennea, J. A.; Margutti, R.; Morris, D. C.; Mountford, C. J.; Pagani, C.; Perri, M.; 

Romano, P.; Tanvir, N. 

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 397, Issue 3, pp. 1177- 

1201 



7) “High energy emission from massive stars: the precocious X-Ray recovery of Eta 

Carinae after January 2009 minimum” 

Pian, Elena; Campana, Sergio; Chincarini, Guido; Corcoran, Michael F.; Hamaguchi, 

Kenji; Gull, Theodore; Mazzali, Paolo A.; Thoene, Christina C.; Morris, David; 

Gehrels, Neil 

proceedings of Conf. "Neutron Stars and Gamma-Ray Bursts" - Cairo and 

Alexandria, Egypt, 30 Mar-4 Apr 2009, Eds. A. Ibrahim and J. Grindlay 

8) “Evidence for luminosity evolution of long gamma-ray bursts in Swift data” 

Salvaterra, R.; Guidorzi, C.; Campana, S.; Chincarini, G.; Tagliaferri, G. 

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 396, Issue 1, pp. 299- 

303 

9) “The optical afterglows and host galaxies of three short/hard gamma-ray bursts” 

D'Avanzo, P.; Malesani, D.; Covino, S.; Piranomonte, S.; Grazian, A.; Fugazza, D.; 

D'Elia, V.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; Della Valle, M.; Fiore, F.; 

Goldoni, P.; Mao, J.; Margutti, R.; Perna, R.; Salvaterra, R.; Stratta, G.; Tagliaferri, 

G.; Stella, L. 

PROBING STELLAR POPULATIONS OUT TO THE DISTANT UNIVERSE: 

CEFALU 2008, Proceedings of the International Conference. AIP Conference 

Proceedings, Volume 1111, pp. 524-527 (2009) 

10) “Flares in gamma ray bursts” 

Swift Italian Team; Chincarini, Guido; Margutti, Raffaella; Mao, Jirong; Pasotti, 

Francesco; Guidorzi, Cristiano; Covino, Stefano; D'Avanzo, Paolo; Swift Italian 

Team 

Advances in Space Research, Volume 43, Issue 9, p. 1457-1463 

11) “Rise and fall of the X-ray flash 080330: an off-axis jet?”: 

Guidorzi, C.; Clemens, C.; Kobayashi, S.; Granot, J.; Melandri, A.; D'Avanzo, P.; 

Kuin, N. P. M.; Klotz, A.; Fynbo, J. P. U.; Covino, S.; Greiner, J.; Malesani, D.; 

Mao, J.; Mundell, C. G.; Steele, I. A.; Jakobsson, P.; Margutti, R.; Bersier, D.; 

Campana, S.; Chincarini, G.; D'Elia, V.; Fugazza, D.; Genet, F.; Gomboc, A.; 

Krühler, T.; Küpcü Yoldaş, A.; Moretti, A.; Mottram, C. J.; O'Brien, P. T.; Smith, R. 

J.; Szokoly, G.; Tagliaferri, G.; Tanvir, N. R.; Gehrels, N. 

Astronomy and Astrophysics, Volume 499, Issue 2, 2009, pp.439-453 

12) “The optical afterglows and host galaxies of three short/hard gamma-ray bursts” 

D'Avanzo, P.; Malesani, D.; Covino, S.; Piranomonte, S.; Grazian, A.; Fugazza, D.; 

Margutti, R.; D'Elia, V.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; Della Valle, 

M.; Fiore, F.; Goldoni, P.; Mao, J.; Perna, R.; Salvaterra, R.; Stella, L.; Stratta, G.; 

Tagliaferri, G. 


13) “Swift-XRT observations of GRBs (Evans+, 2009)” 

Evans, P. A.; Beardmore, A. P. Page K. L.; Osborne, J. P.; O'Brien, P. T.; Willingale, 

R.; Starling, R. L. C.; Burrows, D. N.; Godet, O.; Vetere, L.; Racusin, J.; Goad, M. 

R.; Wiersema, K.; Angelini, L.; Capalbi, M.; Chincarini, G.; Gehrels, N.; Kennea, J. 



A.; Margutti, R.; Morris, D. C.; Mountford, C. J.; Pagani, C.; Perri, M.; Romano, P.; 

Tanvir, N. 

VizieR On-line Data Catalog: J/MNRAS/397/1177. Originally published in: 

2009MNRAS.397.1177E 

14) “EDGE: Explorer of diffuse emission and gamma-ray burst explosions” 

Piro, L.; den Herder, J. W.; Ohashi, T.; Amati, L.; Atteia, J. L.; Barthelmy, S.; 

Barbera, M.; Barret, D.; Basso, S.; Boer, M.; Borgani, S.; Boyarskiy, O.; Branchini, 

E.; Branduardi-Raymont, G.; Briggs, M.; Brunetti, G.; Budtz-Jorgensen, C.; 

Burrows, D.; Campana, S.; Caroli, E.; Chincarini, G.; Christensen, F.; Cocchi, M.; 

Comastri, A.; Corsi, A.; Cotroneo, V.; Conconi, P.; Colasanti, L.; Cusumano, G.; de 

Rosa, A.; Del Santo, M.; Ettori, S.; Ezoe, Y.; Ferrari, L.; Feroci, M.; Finger, M.; 

Fishman, G.; Fujimoto, R.; Galeazzi, M.; Galli, A.; Gatti, F.; Gehrels, N.; Gendre, 

B.; Ghirlanda, G.; Ghisellini, G.; Giommi, P.; Girardi, M.; Guzzo, L.; Haardt, F.; 

Hepburn, I.; Hermsen, W.; Hoevers, H.; Holland, A.; in't Zand, J.; Ishisaki, Y.; 

Kawahara, H.; Kawai, N.; Kaastra, J.; Kippen, M.; de Korte, P. A. J.; Kouveliotou, 

C.; Kusenko, A.; Labanti, C.; Lieu, R.; Macculi, C.; Makishima, K.; Matt, G.; 

Mazzotta, P.; McCammon, D.; Méndez, M.; Mineo, T.; Mitchell, S.; Mitsuda, K.; 

Molendi, S.; Moscardini, L.; Mushotzky, R.; Natalucci, L.; Nicastro, F.; O'Brien, P.; 

Osborne, J.; Paerels, F.; Page, M.; Paltani, S.; Pareschi, G.; Perinati, E.; Perola, C.; 

Ponman, T.; Rasmussen, A.; Roncarelli, M.; Rosati, P.; Ruchayskiy, O.; Quadrini, 

E.; Sakurai, I.; Salvaterra, R.; Sasaki, S.; Sato, G.; Schaye, J.; Schmitt, J.; Sciortino, 

S.; Shaposhnikov, M.; Shinozaki, K.; Spiga, D.; Suto, Y.; Tagliaferri, G.; Takahashi, 

T.; Takei, Y.; Tawara, Y.; Tozzi, P.; Tsunemi, H.; Tsuru, T.; Ubertini, P.; Ursino, E.; 

Viel, M.; Vink, J.; White, N.; Willingale, R.; Wijers, R.; Yoshikawa, K.; Yamasaki, 

N. 

Experimental Astronomy, Volume 23, Issue 1, pp.67-89 

15) “The Prompt, High-Resolution Spectroscopic View of he "Naked-Eye" 

GRB080319B” 

D'Elia, V.; Fiore, F.; Perna, R.; Krongold, Y.; Covino, S.; Fugazza, D.; Lazzati, D.; 

Nicastro, F.; Antonelli, L. A.; Campana, S.; Chincarini, G.; D'Avanzo, P.; Della 

Valle, M.; Goldoni, P.; Guetta, D.; Guidorzi, C.; Meurs, E. J. A.; Mirabel, F.; 

Molinari, E.; Norci, L.; Piranomonte, S.; Stella, L.; Stratta, G.; Tagliaferri, G.; Ward, 

P. 

The Astrophysical Journal, Volume 694, Issue 1, pp. 332-338 (2009) 

16) “Type Ib Supernova 2008D Associated With the Luminous X-Ray Transient 

080109: An Energetic Explosion of a Massive Helium Star” 

Tanaka, Masaomi; Tominaga, Nozomu; Nomoto, Ken'ichi; Valenti, S.; Sahu, D. K.; 

Minezaki, T.; Yoshii, Y.; Yoshida, M.; Anupama, G. C.; Benetti, S.; Chincarini, G.; 

Della Valle, M.; Mazzali, P. A.; Pian, E. 

The Astrophysical Journal, Volume 692, Issue 2, pp. 1131-1142 (2009) 

17) “A new measurement of the cosmic X-ray background” 

Moretti, A.; Pagani, C.; Cusumano, G.; Campana, S.; Perri, M.; Abbey, A.; Ajello, 

M.; Beardmore, A. P.; Burrows, D.; Chincarini, G.; Godet, O.; Guidorzi, C.; Hill, J. 

E.; Kennea, J.; Nousek, J.; Osborne, J. P.; Tagliaferri, G. 




18) “TORTORA observations of GRB 080319B” 

Greco, G.; Beskin, G.; Bondar, S.; Karpov, S.; Bartolini, C.; Guarnieri, A.; Piccioni, 

A.; Molinari, E.; Covino, S.; Guidorzi, C.; Chincarini, G. 

Memorie della Società Astronomica Italiana, v.80, p.231 (2009) 

• Ricerca di strutture fini della CMB con osservazioni da terra e dallo 

spazio. 

• Osservazioni astrofisiche a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche. 

Personale 

Giuliano. Boella 

Massimo Gervasi, 

Giorgio Sironi 

Aandrea Tartari 

Mario Zannoni 

Andrea Passerini 

Sandro Baù, 

Sebastiano Spinelli 

a) Polarizzazione della CMB: 

- Polarimetro a 33 GHz alla Testa Grigia: si è conclusa la campagna di misure – 

l’analisi dati è in corso; 

- Esperimento BRAIN alla base antartica di Dome Concordia: è partita una nuova 

campagna di misure con lo strumento “pathfinder”; 

- Interferometro QUBIC: prosegue lo studio ed i test per definire il primo modulo del 

interferometro/polarimetro bolo metrico da installare a Dome Concordia; 

- Ricerca dei modi-B della polarizzazione della CMB: partecipazione allo studio del 

progetto spaziale in previsione di una “call” dell’ESA e di un esperimento dell’ASI. 

b) Astronomia a lunghezze millimetriche e sub-millimetriche: 

- Analizzatore vettoriale di Reti: è stata ultimata l’installazione del nuovo VNA; 

- Facility di test: completamento della camera criogenica per test elettromagnetico 

dei componenti e interfacciamento con il nuovo VNA; 

c) M. Gervasi partecipa all’esperimento AMS sulla Stazione Spaziale Internazionale 

per la misura dettagliata dei Raggi Cosmici dallo spazio e la ricerca di antimateria e 

materia oscura. 

d) M. Zannoni partecipa al PRIN 2007 CODEVISIR, studio di fattibilità di un 

telescopio VIS-NIR robotico classe 4m per lo studio dell’afterglow dei GRB (Short e 

Long) e per un monitoring di Supernovae nell’ammasso della Vergine. 

Esperimenti in corso: 

1) Polarimetro di Milano (MiPol) 

2) SAGACE 



3) Esperimento BRAIN 

4) QUBIC 

5) Laboratorio di criogenia per il test di componenti a microonde 

6) Laboratorio microonde 


IASF/INAF Milano 

Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma “La Sapienza” 

Dipartimento di Fisica dell’Università di Milano 

IFSI/INAF Torino 

IASF/INAF Bologna 

IRA/INAF Arcetri 

IEIIT/CNR Torino 

Dipartimento di Fisica, Università dell’Insubria, Como 

Dipartimento di Elettronica, Politecnico di Milano 

IEN Galileo Ferraris Torino 

Dept of Physics and Astronomy - Manchester University (UK) 

CESR-CNRS-UPS Toulouse (Fr) 

Laboratoire AstroParticule et Cosmologie (APC) - Parigi 

Attività didattica 

I componenti del Gruppo Radio hanno sviluppato una intensa attività didattica con 

corsi di base presso i Corsi di Laurea esterni in Matematica (G. Sironi), in Chimica 

(M. Gervasi) ed in Scienza dell'Informazione (G. Boella) e per il Corso di Laurea 

triennale in Fisica (M. Gervasi: Laboratorio di Astrofisica) e per quello biennale in 

Astrofisica e Fisica dello Spazio (G. Sironi: Processi Radiativi e M. Zannoni: 

Strumentazione Astronomica). 

Attività di divulgazione e supporto alla didattica 

1) sviluppo di strumentazione per LABEX, laboratorio del Progetto Lauree 

Scientifiche. 

2) realizzazione di uno stage residenziale di due settimane su Antenne ed 

Elettromagnetismo 

nel mese di Settembre rivolto a studenti di scuola media superiore (20 partecipanti) 

3) seminari presso scuole coordinati dalla Prof.sa M. Calvi 


1) “Superconducting Planar Devices for Cosmology” 

Ghribi, A.; Bélier, B.; Boussaha, F.; Bréelle, E.; Piat, M.; Spinelli, S.; Tartari, A.; 

Zannoni, M. 

THE THIRTEENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON LOW 

TEMPERATURE DETECTORS-LTD13. AIP Conference Proceedings, Volume 

1185, pp. 506-510 (2009) 



2) “Spectroscopic Active Galaxies and Clusters Explorer” 

Ferrari, L.; Bagliani, D.; Bardi, A.; Battistelli, E.; Birkinshaw, M.; Colafrancesco, S.; 

Conte, A.; Debernardis, P.; Degregori, S.; Depetris, M.; de Zotti, G.; Donati, A.; 

Franceschini, A.; Gatti, F.; Gervasi, M.; Gonzalez-Nuevo, J.; Lamagna, L.; Luzzi, 

G.; Maiolino, M.; Marchegiani, P.; Mariani, A.; Masi, S.; Massardi, M.; Mauskopf, 

P.; Nati, L.; Nati, F.; Natoli, P.; Piacentini, F.; Polenta, G.; Porciani, M.; Savini, G.; 

Schillaci, A.; Spinelli, S.; Tartari, A.; Tavanti, M.; Tortora, A.; Vaccari, M.; 

Vaccarone, R.; Zannoni, M. 

THE THIRTEENTH INTERNATIONAL WORKSHOP ON LOW 

TEMPERATURE DETECTORS-LTD13. AIP Conference Proceedings, Volume 

1185, pp. 483-486 (2009) 

3) “A demonstrator for bolometric interferometry” 

Ghribi, Adnan; Tartari, Andrea; Galli, Silvia; Piat, Michel; Breelle, Eric; Hamilton, 

Jean-Christophe; Spinelli, Sebastiano; Gervasi, Massimo; Zannoni, Mario 

2009arXiv0902.0385G 

4) “Fluxes and nuclear abundances of cosmic rays inside the magnetosphere using a 

transmission function approach” 

Bobik, P.; Boella, G.; Boschini, M. J.; Gervasi, M.; Grandi, D.; Kudela, K.; Pensotti, 

S.; Rancoita, P. G. 

Advances in Space Research, Volume 43, Issue 3, p. 385-393 

5) “Observing the Evolution of the Universe” 

Aguirre, James; Amblard, Alexandre; Ashoorioon, Amjad; Baccigalupi, Carlo; Balbi, 

Amedeo; Bartlett, James; Bartolo, Nicola; Benford, Dominic; Birkinshaw, Mark; 

Bock, Jamie; Bond, Dick; Borrill, Julian; Bouchet, Franois; Bridges, Michael; Bunn, 

Emory; Calabrese, Erminia; Cantalupo, Christopher; Caramete, Ana; Carbone, 

Carmelita; Chatterjee, Suchetana; Church, Sarah; Chuss, David; Contaldi, Carlo; 

Cooray, Asantha; Das, Sudeep; De Bernardis, Francesco; De Bernardis, Paolo; De 

Zotti, Gianfranco; Delabrouille, Jacques; -Xavier Dsert, F.; Devlin, Mark; Dickinson, 

Clive; Dicker, Simon; Dobbs, Matt; Dodelson, Scott; Dore, Olivier; Dotson, Jessie; 

Dunkley, Joanna; Falvella, Maria Cristina; Fixsen, Dale; Fosalba, Pablo; Fowler, 

Joseph; Gates, Evalyn; Gear, Walter; Golwala, Sunil; Gorski, Krzysztof; Gruppuso, 

Alessandro; Gundersen, Josh; Halpern, Mark; Hanany, Shaul; Hazumi, Masashi; 

Hernandez-Monteagudo, Carlos; Hertzberg, Mark; Hinshaw, Gary; Hirata, 

Christopher; Hivon, Eric; Holmes, Warren; Holzapfel, William; Hu, Wayne; 

Hubmayr, Johannes; Huffenberger, Kevin; Irwin, Kent; Jackson, Mark; Jaffe, 

Andrew; Johnson, Bradley; Jones, William; Kaplinghat, Manoj; Keating, Brian; 

Keskitalo, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will; Kisner, Theodore; Knox, Lloyd; 

Kogut, Alan; Komatsu, Eiichiro; Kosowsky, Arthur; Kovac, John; Krauss, 

Lawrence; Kurki-Suonio, Hannu; Landau, Susana; Lawrence, Charles; Leach, 

Samuel; Lee, Adrian; Leitch, Erik; Leonardi, Rodrigo; Lesgourgues, Julien; Liddle, 

Andrew; Lim, Eugene; Limon, Michele; Loverde, Marilena; Lubin, Philip; 

Magalhaes, Antonio; Maino, Davide; Marriage, Tobias; Martin, Victoria; Matarrese, 

Sabino; Mather, John; Mathur, Harsh; Matsumura, Tomotake; Meerburg, Pieter; 

Melchiorri, Alessandro; Meyer, Stephan; Miller, Amber; Milligan, Michael; 

Moodley, Kavilan; Neimack, Michael; Nguyen, Hogan; O'Dwyer, Ian; Orlando, 



Angiola; Pagano, Luca; Page, Lyman; Partridge, Bruce; Pearson, Timothy; Peiris, 

Hiranya; Piacentini, Francesco; Piccirillo, Lucio; Pierpaoli, Elena; Pietrobon, 

Davide; Pisano, Giampaolo; Pogosian, Levon; Pogosyan, Dmitri; Ponthieu, Nicolas; 

Popa, Lucia; Pryke, Clement; Raeth, Christoph; Ray, Subharthi; Reichardt, Christian; 

Ricciardi, Sara; Richards, Paul; Rocha, Graca; Rudnick, Lawrence; Ruhl, John; 

Rusholme, Benjamin; Scoccola, Claudia; Scott, Douglas; Sealfon, Carolyn; Sehgal, 

Neelima; Seiffert, Michael; Senatore, Leonardo; Serra, Paolo; Shandera, Sarah; 

Shimon, Meir; Shirron, Peter; Sievers, Jonathan; Sigurdson, Kris; Silk, Joe; 

Silverberg, Robert; Silverstein, Eva; Staggs, Suzanne; Stebbins, Albert; Stivoli, 

Federico; Stompor, Radek; Sugiyama, Naoshi; Swetz, Daniel; Tartari, Andrea; 

Tegmark, Max; Timbie, Peter; Tristram, Matthieu; Tucker, Gregory; Urrestilla, Jon; 

Vaillancourt, John; Veneziani, Marcella; Verde, Licia; Vieira, Joaquin; Watson, 

Scott; Wandelt, Benjamin; Wilson, Grant; Wollack, Edward; Wyman, Mark; Yadav, 

Amit; Yannick, Giraud-Heraud; Zahn, Olivier; Zaldarriaga, Matias; Zemcov, 

Michael; Zwart, Jonathan 

Science White Paper submitted to the US Astro2010 Decadal Survey. Full list of 177 

author available at http://cmbpol.uchicago.edu 2009arXiv0903.0902° 

6) “The Origin of the Universe as Revealed Through the Polarization of the Cosmic 

Microwave Background” 

Dodelson, Scott; Easther, Richard; Hanany, Shaul; McAllister, Liam; Meyer, 

Stephan; Page, Lyman; Ade, Peter; Amblard, Alexander; Ashoorioon, Amjad; 

Baccigalupi, Carlo; Balbi, Amedeo; Bartlett, James; Bartolo, Nicola; Baumann, 

Daniel; Beltran, Maria; Benford, Dominic; Birkinshaw, Mark; Bock, Jamie; Bond, 

Dick; Borrill, Julian; Bouchet, Franois; Bridges, Michael; Bunn, Emory; Calabrese, 

Erminia; Cantalupo, Christopher; Caramete, Ana; Carbone, Carmelita; Carroll, Sean; 

Chatterjee, Suchetana; Chen, Xingang; Church, Sarah; Chuss, David; Contaldi, 

Carlo; Cooray, Asantha; Creminelli, Paolo; Das, Sudeep; Bernardis, Francesco De; 

de Bernardis, Paolo; Delabrouille, Jacques; Dsert, F. Xavier; Devlin, Mark; 

Dickinson, Clive; Dickler, Simon; DiPirro, Michael; Dobbs, Matt; Dore, Olivier; 

Dotson, Jessie; Dunkley, Joanna; Dvorklin, Cora; Eriksen, Hans Kristian; Falvella, 

Maria Christiana; Finley, Dave; Finkbeiner, Douglas; Fixen, Dale; Flauger, Raphael; 

Fosalba, Pablo; Fowler, Joseph; Galli, Silvia; Gates, Evalyn; Gear, Walter; Giraud- 

Heraud, Yannick; Gorski, Krzysztof; Greene, Brian; Gruppuso, Alessandro; 

Gundersen, Josh; Halpern, Mark; Hirata, Christopher; Hivon, Eric; Holman, Richard; 

Holmes, Warren; Hu, Wayne; Hubmayr, Johannes; Huffenberger, Kevin; Hui, 

Howard; Hui, Lam; Irwin, Kent; Jackson, Mark; Jaffe, Andrew; Johnson, Bradley; 

Johnson, Dean; Jones, William; Kachru, Shamit; Kadota, Kenji; Kaplan, Jean; 

Kaplinghat, Manoj; Keating, Brian; Keskitalo, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will; 

Kisner, Theodore; Knox, Lloyd; Kodama, Hideo; Kogut, Alan; Komatsu, Eiichiro; 

Kosowsky, Reijo; Khoury, Justin; Kinney, Will; Kisner, Theodore; Kurki-Suonio, 

Hannu; Lamarre, Jean-Michel; Landau, Susana; Leach, Samuel; Leblond, Louis; 

Lee, Adrian; Leitch, Erik; Leonardi, Rodrigo; Lesgourgues, Julien; Liddle, Andrew; 

Lim, Eugene; Limon, Michele; Loverde, Marilena; Lubin, Philip; Lunghi, Enrico; 

Lykken, Joseph; MacTavish, Carolyn; Magalhaes, Antonio; Maino, Davide; Martin, 

Victoria; Matarrese, Sabino; Mather, John; Mathur, Harsh; Matsumura, Tomotake; 

Meerburg, Pieter; Melchiorri, Alessandro; Mersini-Houghton, Laura; Miller, Amber; 

Milligan, Michael; Moodley, Kavilan; Neimack, Michael; Nguyen, Hogan; Nicolis, 



Alberto; O'Dwyer, Ian; Olinto, Angela; Pagano, Luca; Pajer, Enrico; Partridge, 

Bruce; Pearson, Timothy; Peiris, Hiranya; Peloso, Marco; Piacentini, Francesco; 

Piat, Michel; Piccirillo, Lucio; Pierpaoli, Elena; Pietrobon, Davide; Pisano, 

Giampaolo; Pogosian, Levon; Pogosyan, Dmitri; Ponthieu, Nicolas; Popa, Lucia; 

Pryke, Clement; Raeth, Christoph; Ray, Subharthi; Reichardt, Christian; Ricciardi, 

Sara; Richards, Paul; Riotto, Antonio; Rocha, Graca; Ruhl, John; Rusholme, 

Benjamin; Scherrer, Robert; Scoccola, Claudia; Scott, Douglas; Sealfon, Carolyn; 

Sefusatti, Emiliano; Sehgal, Neelima; Seiffert, Michael; Serra, Paolo; Shandera, 

Sarah; Shimon, Meir; Shirron, Peter; Sievers, Jonathan; Silk, Joe; Sigurdson, Kris; 

Silverberg, Robert; Silverstein, Eva; Staggs, Suzanne; Starkman, Glenn; Stebbins, 

Albert; Stivoli, Federico; Stompor, Radek; Sugiyama, Naoshi; Swetz, Daniel; 

Tartari, Andrea; Tegmark, Max; Timbie, Peter; Titov, Maxim; Tristram, Matthieu; 

Trodden, Mark; Tucker, Gregory; Urrestilla, Jon; Veneziani, Marcella; Verde, Licia; 

Vieira, Joaquin; Walker, Terry; Wands, David; Watson, Scott; Weinberg, Steven; 

Weiss, Rainer; Wandelt, Benjamin; Winstein, Bruce; Wollack, Edward; Wyman, 

Mark; Yadav, Amit; Won Yoon, Ki; Zahn, Olivier; Zaldarriage, Mattias; Zemcov, 

Michael; Zwart, Jonathan 

Astro2010: The Astronomy and Astrophysics Decadal Survey, Science White Papers, 

no. 67 

Personale 

S. Bonometto 

G. La Vacca 

Cosmologia e fisica dei neutrini 

During 2009, our work was focused on two basic questions: 

(i) The quest for the nature of the dark cosmic components. 

(ii) (ii) How to constrain neutrino physics by using astrophysical inputs. 

This research made also recourse to fitting techniques and to N-body simulations. A 

significant part of it was aimed to prepare tools to use week lensing tomographic data 

which promise to be the best approach to probe the properties of Dark Energy, 

providing reliable data on its state equation and on possible energy flows between the 

dark components. These ideas are part of the project EUCLID, to whose preparation 

we contribute. 

Within this context we deepened the spectral equivalence criterion, enabling one to 

find the spectra of any cosmology with arbitrary DE state equation w(z), at any z, by 

using suitable, z-dependent, auxiliary models with w=const. The criterion was tested 

also in the hydrodynamical range, by performing the first hydro simulations of 

dynamical DE models. The efficiency of this technique also outlines a severe 

experimental danger. In fact, if forthcoming tomographic data are fitted assuming 

w=const, and one finds different "constant" w's for different redshift ranges, the 

function w(z) so found IS NOT the variable DE state equation and, as we showed, is 

quite far from it. 



The quest for neutrino properties had led us to find that a cosmology with coupled 

CDM-DE and sum of neutrino masses ~1eV provides an excellent fit of data. We 

confirmed this point by using the more recent WMAP7 data. These cosmologies 

exhibit a likelyhood slightly greater than standard LCDM models (below the 2- 

\sigma level). 

Collaborations 

Our work was made also in collaboration with physicists of various Institutions. 

Among them, someone co-authored also somo of our papers appeared in the last 

year. Let us list them: 

Luca Amendola, Heidelberg Univ., Theoretical Phys. Dep. (Germany) 

Andrea Maccio', MPI fur Astrophysics, Heidelberg (Germany) 

Greg Stinson, Jeremiah Horrocks Institute, University of Central 

Lancashire, Presto (Britain) 

Besides of them, other collaborations are in progress with the New Mexico State 

University (Las Cruces, USA) and with the LUTH, Meudon, France. 

Papers and meeting reports. 

1) G. La Vacca, J.R. Kristiansen, L.P.L. Colombo, R. Mainini, S. A. Bonometto, 

Nucl.Phys.Proc.Suppl.194, 254-259, 2009 

“Do data favor neutrino mass and a coupling between Cold Dark Matter and Dark 

Energy?” 

2) Luciano Casarini, Andrea V. Maccio', Silvio A. Bonometto, 

JCAP 0903, 014, 2009 

“Dynamical Dark Energy simulations: high accuracy Power Spectra at high redshift” 

3) G. La Vacca, S. A. Bonometto, L. P. L. Colombo, 

New Astron.14, 435-442, 2009 

“Higher neutrino mass allowed if Cold Dark Matter and Dark Energy are coupled” 

4) Giuseppe La Vacca, Loris P.L. Colombo, Luca Vergani, Silvio Bonometto, 

Astrophys.J. 697, 1946-1955, 2009 

“Dark Matter - Dark Energy coupling biasing parameter estimates from CMB data” 

5) G. La Vacca, J.R. Kristiansen, 

JCAP 0907, 036, 2009 

“Dynamical Dark Energy model parameters with or without massive neutrinos” 

Giandomenico Sassi 

Attività di Ricerca 

Cosmologia 



1) Ricerca di tracker solutions per la scalar field equation connessa alla 

quintessenza e che valgano sia per epoche radiation dominated, sia matter dominated. 

2) Uso di QCD outputs per ottenere la legge di espansione dell’Universo durante 

la transizione cosmologica quark-adroni. 

3) Estensione degli studi connessi alla metrica di Kerr per valutare effetti 

connessi ai GRB’s senza ricorrere a modelli consolidati. 

4) Modifica delle geodetiche del collasso gravitazionale con introduzione della 

CMB nella metrica di Schwarzschild. 

Pubblicazioni 

1) G. Sassi, S.A. Bonometto, “The quark-hadron transition in the early universe” 

(2009arXiv0910.2573S). 



FISICA DEI PLASMI 

Prof. Marcello Fontanesi professore ordinario 

Prof. Giuseppe Gorini 


Prof. Claudia Riccardi 


Dr. Ruggero Barni 

ricercatore universitario 

Sig. Moreno Piselli 

tecnico universitario 

Sig. Alessandro Mietner 

tecnico universitario 

Dr. Eduardo Roman 

ricercatore a tempo determinato 

Dr. Marco Tardocchi 

ricercatore CNR-INFM con comando presso 

CNISM 

Sig. Giovanni Posadinu 

amministrazione, collaboratore 

Dr. Fabrizio Croccolo 

collaboratore di ricerca 

Dr. Enrico Perelli Cippo collaboratore di ricerca 

Dr. Roberta Cattaneo Trissino da Lodi collaboratore di ricerca 

Dr. Stefano Zanini 

collaboratore di ricerca 

Dr. Antonino Pietropaolo ricercatore CNR-INFM 

Dr. Roberto Ziano 

dottorando in Fisica 

Dr. Francesco Fumagalli dottorando in Fisica 

Dr. Marica Rebai 


Dr. Massimo Nocente 


Dr. Elisa Grimoldi 

collaboratore 

Dr. Marco Mancin 

collaboratore 

Dr. Francesco Fumagalli collaboratore 

Dr. Igor Proverbio 

collaboratore 



Attività organizzativa e di coordinamento 

Incarichi interni all'Università e altri incarichi 

Prof. Marcello Fontanesi 

Magnifico Rettore dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca 

Membro del Consiglio di Aministrazione del CNR 

Membro del Consiglio di Aministrazione della Società Luce di Sincrotrone di 

Trieste 

Membro del Consiglio della Fondazione Lombardia per l’Ambiente 

Presidente del Consorzio Interuniversitario Lombardo per L'Elaborazione 

Automatica (CILEA) 

Presidente del Consorzio Milano-Ricerche 

Membro del comitato scientifico del Consorzio RFX di Padova 

Presidente del Consorzio Ricerche Materiali Avanzati (CORIMAV) 

Membro dello Steering Committee dell’Euratom 

Membro del Consiglio di Aministrazione del Museo Nazionale della Scienza 

e della Tecnologia "Leonardo da Vinci” 

Prof. Giuseppe Gorini 

Coordinatore del progetto europeo Ancient Charm 

Coordinatore del progetto PANAREA del CNR 

Coordinatore di Facoltà del programma Socrates. 

Membro del Collegio Docenti del Dottorato in Nanostrutture, Università di 

Milano Bicocca 

Collaboratore scientifico dell’Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola” 

del CNR 

Prof. Claudia Riccardi 

Coordinatrice della Laurea Triennale in Fisica 

Responsabile scientifico del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo 

Membro della Collegio Docenti del Dottorato in Fisica e Astronomia, 

Università di Milano Bicocca 

Membro della Commissione Brevetti e Spin-Off dell’Università di Milano 

Bicocca 

Adjunct professor at the University of Tromso (Norvegia) 

Dr. Ruggero Barni 

Membro eletto della Giunta di Dipartimento. 

Membro della Commissione Orientamento della Facoltà di Scienze. 



Ricerca 

Sono attive cinque linee di ricerca principali: 

1) Turbolenza nei plasmi magnetizzati: 

La ricerca si focalizza sullo studio sperimentale della turbolenza in plasmi di 

laboratorio. Le attvità si svolgono sulla macchina toroidale a plasma semplicemente 

magnetizzato Thorello del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo e in collaborazione 

all'attività sperimentale presso l’Auroral Laboratory (University of Tromso) e il 

Centre pour le Physique des Interactions Ionique et Moleculaires PIIM (CNRS - 

Marsiglia). Le ricerche hanno riguardato l’analisi numerica delle proprietà statistiche 

delle fluttuazioni, lo studio del meccanismo di diffusione e del trasporto anomalo di 

particelle e la ricerca e la caratterizzazione di strutture coerenti. Altre attività 

riguardano lo sviluppo di dispositivi di diagnostica dei plasmi magnetizzati tramite 

sonde elettrostatiche e ottiche, che sono state fornite anche per le ricerche in corso 

presso l’Istituto di Fisica del Plasma IFP (CNR - Milano). 

2) Applicazioni industriali dei plasmi: 

Le attività di ricerca applicata si svolgono presso il Centro di Eccellenza 

PlasmaPrometeo per la ricerca, lo sviluppo ed il trasferimento tecnologico nel campo 

dei plasmi. Il Centro, istituito attraverso un accordo di programma tra l’Università e 

la Regione Lombardia nel 2004, ha lo scopo di finalizzare la ricerca pubblica a 

sostegno del sistema delle imprese, condividendo i risultati più innovativi derivanti 

dalle ricerche del gruppo Plasmi (www.plasmaprometeo.unimib.it). Le ricerche si 

concentrano sulla progettazione e realizzazione di dispositivi a plasma per il 

trattamento superficiale di materiali. Studio ed ottimizzazione di processi di 

trattamento a plasmi di tessuti, pelli e altri materiali nell’ambito di contratti con 

industrie. Sviluppo di sorgenti a plasma freddo a radiofrequenza. Sviluppo di codici 

di simulazione numerica della cinetica chimica dei plasmi. Sviluppo di dispositivi di 

diagnostica per plasmi a radiofrequenza tramite sonde elettrostatiche e spettroscopia 

ottica di emissione. 

3) Microscopia ed analisi dei materiali: 

Presso il Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo per la ricerca, lo sviluppo ed il 

trasferimento tecnologico nel campo dei plasmi sono stati allestiti tre laboratori per 

la microscopia e l’analisi dei materiali. Il primo è dotato di un microscopio a forza 

atomica (AFM) in grado di studiare la morfologia superficiale alla scala nanometrica. 

Con tecniche analoghe è possibile misurare altri parametri superficiali come la 

conducibilità elettrica, l’elasticità e la durezza. Il secondo laboratorio è dotato di un 

microscopio a doppio fascio elettronico ed ionico (FIB/SEM). Oltre all’imaging dei 

materiali, è possibile effettuare processi di taglio, deposizione e implantazione ionica 

su scala micrometrica. Il microscopio può essere utilizzato anche per studiare 

campioni biologici (modalità ESEM). Il terzo laboratorio è dedicato all’ottica con un 

sistema laser per la diagnostica dei plasmi contenenti nanoparticelle con metodi di 

interferometria ottica. 

4) Spettroscopia neutronica e gamma dei plasmi termonucleari: 

Da tempo la spettroscopia neutronica dei plasmi termonucleari è uno dei temi di 

ricerca del gruppo di Fisica dei Plasmi dell'Università di Milano - Bicocca. Questa 

attività viene svolta in collaborazione con altre istituzioni tra cui, in particolare, 

l'Istituto di Fisica del Plasma del CNR. Tramite la collaborazione con il CNR è 



possibile accedere ai finanziamenti e alle facilities dell'EURATOM. Il principale 

risultato ottenuto da queste ricerche ha riguardato la realizzazione di due spettrometri 

per neutroni di fusione istallati sul tokamak JET nell’ambito di una collaborazione 

con l’Università di Uppsala. Lo spettrometro denominato MPR (magnetic proton 

recoil spectrometer) è in uso dal 1996, e ha prodotto dati innovativi in plasmi di 

deuterio-trizio con alta potenza di fusione (1-16 MW). Il secondo spettrometro si 

basa sulla tecnica del tempo di volo ed è denominato TOFOR (time of flight – 

optimized rate). La sua istallazione è stata ultimata e ha iniziato la prese dati in 

plasmi di deuterio a partire dalla primavera del 2006. Con questi strumenti è stato 

ridefinito il ruolo della spettroscopia neutronica nei plasmi di fusione e, in 

particolare, nello studio della dinamica degli ioni veloci nel plasma. 

Oltre alla spettroscopia neutronica il gruppo di Bicocca si interessa della 

spettroscopia gamma nei plasmi di fusione. In particolare è in corso un progetto che 

prevede la realizzazione di nuovi spettrometri gamma ultraveloci da installare su 

JET. Nel 2008 è stato istallato su JET un rivelatore di tipo HPGe ad alta efficienza 

che ha prodotto i primi risultati di misure di allargamento Doppler di picchi di 

emissione gamma. E’ stato inoltre progettato un rivelatore a scintillazione di LaBr3 

che opererà a partire dal 2009. 

5) Spettroscopia neutronica dei materiali 

Nel corso degli anni le competenze inerenti la spettroscopia neutronica dei plasmi 

sono state applicate ad un diverso settore della fisica della materia, quello della 

diffusione di neutroni epitermici (con energia fino a 100 eV) con applicazioni, ad 

esempio, per lo studio della dinamica di singola particella in sistemi quantistici. Sono 

in particolare da segnalare due progetti in corso: 

Il progetto Ancient Charm. Finanziato dalla Commissione Europea (FP6), il 

progetto comprende 10 partner ed è coordinato da Milano-Bicocca. Scopo del 

progetto è lo sviluppo di tecniche d’indagine quantitativa e non invasiva dei beni 

culturali mediante neutroni. In particolare si utilizzano le risonanze neutroniche per 

determinare la mappa tridimensionale della composizione elementare di oggetti di 

interesse archeologico o artistico. Nel 2008 sono stati ultimati tutti gli apparati 

strumentali necessari per la sperimentazione su campioni di interesse archeologico. 

Il progetto PANAREA. Finanziato dal CNR, prevede la realizzazione dell’Accordo 

di ricerca “Agreement concerning collaboration in scientific research at the 

spallation neutron source ISIS” tra CNR e STFC. Il progetto comprende 4 partner 

italiani ed è coordinato da Milano-Bicocca. Scopo del progetto è fornire 

strumentazione e risorse umane per la progettazione, costruzione e messa in prova di 

due nuove linee di fascio della sorgente di neutroni ISIS. Le due linee hanno come 

principale applicazione l’irraggiamento di dispositivi elettronici e l’analisi per 

immagini tomografiche. 



Laboratori 

Laboratorio per spettroscopia della radiazione. 

In collaborazione con l’IFP-CNR è attivo dal 2008 un laboratorio per 

la messa in prova e caratterizzazione di rivelatori di radiazione. Il 

laboratorio è equipaggiato, tra l’altro, con sorgenti LED impulsate e sistemi 

di acquisizione digitale. 

Centro PLASMAPROMETEO 

Il Centro dispone di sei laboratori attrezzati presso l’edificio U9 (viale 

dell’Innovazione, 10) e di tre laboratori presso l’edificio U2 (piazza della Scienza, 3). 

Il centro è attrezzato con reattori a plasma sia su scala pre-industriale che di 

laboratorio con sorgenti a pressione atmosferica e a bassa pressione. Il laboratorio è 

dotato anche di strumentazione per la caratterizzazione delle modificazioni 

superficiali. 

- Laboratorio Trasferimento Tecnologico(U9-S11) 

E’ dotato di due macchine su scala semi-industriale per la produzione di un plasma a 

bassa pressione e a pressione atmosferica. La prima macchina è stata realizzata 

nell’ambito del progetto europeo Craft PlasmaLeather per il trattamento a plasma di 

materiali conciari. La seconda nell’ambito di un progetto cofinanziato dalla Regione 

Lombardia per il trattamento di tessuti e film polimerici. 

Reattore a plasma atmosferico 

Reattore PlasmaLeather 



- Laboratorio Sorgenti (U9-S1) 

Il laboratorio è utilizzato per lo sviluppo di sorgenti a plasma. E’ dotato della 

macchina toroidale THORELLO per la produzione di plasmi magnetizzati, impiegati 

per lo studio della turbolenza. In esso verrà installata anche la macchina toroidale 

THOR nell’ambito di una convenzione con l’istituto IFP del CNR. 

Macchina Thorello 

- Laboratorio Processi a Plasma (U9-S3) 

E’ dotato di reattori a plasma su scala di laboratorio per lo studio di processi di 

deposizione a plasma di film sottili o di nanopolveri. E’ dotato di un reattore 

con sorgente a radiofrequenza ad accoppiamento risonante e di un reattore con 

accoppiamento induttivo per la produzione di plasmi contenenti polveri 

operante sotto cappa chimica. 

Reattore con sorgente risonante COPRA 

- Laboratorio Plasmi atmosferici (U9-S2) 

Il laboratorio è attrezzato con reattori a plasma a pressione atmosferica. E’ dotato di 

una macchina per la produzione del plasma in una miscela di gas e vapori ad alta 

pressione CORONA (Dielectric Barrier Discharge) e di un reattore per la produzione 

di un getto di plasma (plasma Jet) 



Reattore CORONA 

Reattore PlasmaNeedle 

- Laboratorio Plasmi Freddi (U2-3039) 

Il laboratorio è attrezzato con tre reattori a plasma freddo per la produzione di plasma 

freddo a radiofrequenza con geometria cilindrica in un gas a bassa pressione. 

Reattore MOST 

- Laboratorio Materiali (U9-S7) 

Il laboratorio è dotato di un microscopio a forza atomica (AFM) per la 

caratterizzazione della morfologia e delle proprietà superficiali su scala nanometrica. 

Stazione per la microscopia a forza atomica (AFM) 



- Laboratorio FIB/SEM (U9-S8) 

Il laboratorio è attrezzato per ospitare uno strumento per la spettroscopia FIB/SEM 

(Focused Ion Beam e Scanning Electron Microscopy) che permette la ricostruzione 

della composizione e della morfologia di film sottili depositati su materiali che è 

stato acquistato con un finanziamento per le “Grandi Attrezzature” della Facoltà di 

Scienze. 

Microscopio FIB/SEM con immagine delle fibre trattate a plasma 

- Laboratorio Ottica (U9-S13) 

Il laboratorio è dedicato all’ottica con un sistema laser per la diagnostica dei plasmi 

contenenti nanoparticelle con metodi di interferometria ottica. 

Spot laser di un campione trattato a plasma con deposizione di film 

- Laboratorio Didattico (U2-2023) 

Il laboratorio è attrezzato con un reattore per la studio dei plasmi magnetizzati, di una 

camera da vuoto con gruppo di pompaggio e della strumentazione per la 

realizzazione di esperimenti sulla propagazione di microonde e sulla 

caratterizzazione di scariche a bagliore (glow discharges). 



Scariche a bagliore in diverse miscele gassose 

 

 

 

INFN sezione di Milano (coordinatore M.Bonesini) 

G.Gorini e M Tardocchi sono collaboratori scientifici dell’Istituto di Fisica del 

Plasma “Piero Caldirola” del CNR di Milano 

Auroral Observatory, University of Tromso (Norvegia) 

Laboratoire PIIM, UMR6533 CNRS et Universite de Marseille (Francia) 

Fraunhofer Institute Stoccarda, (Germania) 

Dipartimento di Chimica, Università di Milano 

Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica, Università di Milano 

Neutron Physics Department, Uppsala University, (Svezia) 

Istituto di Fisica del Plasma, CNR, Milano 

Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata 

Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tre 

Rutherford Appleton Laboratory, (Regno Unito) 

Culham Science Centre , (Regno Unito) 

Charles University, Praga (Repubblica Ceca) 

LEI, Lithuanian Energy Institute, Kaunas, (Lituania) 

JRC, Joint Research Centre, Ispra (VA) 

University of Chiang Mai, (Thailandia) 

Istituto Donegani, Novara 

DWI Deutsch Wollenschaft Institute, Aachen (Germania) 

Universidad National de Mar del Plata (Argentina) 

Dipartimento di Energia, Politecnico di Milano. 

NEMAS Center for NanoEngineered MAterials and Surfaces, Politecnico di Milano 



Pubblicazioni e brevetti 

1) “Advection of long lived density blobs in the turbulent state of a simple 

magnetized torus plasma” 

R.Barni, C.Riccardi 

Plasma Physics and Controlled Fusion 51, 085010.1-19 (2009). 

2) Hydrocarbon plasma reforming through intermittent spark discharges” 

R.Barni, A.Quintini, M.Piselli, C.Riccardi 

High Temperature Material Processes 13, 453-457 (2009). 

3) “Stable Poly(Acrylic Acid) Films from Acrylic Acid/Argon plasmas: Influence of 

the Mixture Composition and the Reactor Geometry on the Thin Films Chemical 

Structures” 

S.Zanini, R.Ziano, C.Riccardi 

Plasma Chemistry and Plasma Processing 29, 535-547 (2009). 

4) “Fibrinogen adsorption on plasma modified polypropylene films” 

S.Zanini, C.Riccardi, S.M.Doglia, R.Ziano, A.Natalello, A.M.Villa 

High Temperature Material Processes 13, 459-467 (2009). 

5) “AFM and contact angle investigation of growth and structure of pp-HMDSO thin 

films” 

E.Grimoldi, S.Zanini, R.A.Siliprandi, C.Riccardi 

European Phys. J. D 54 (2), 165-172 (2009). 

6) “H-mode inductive coupling plasma for PVC surface treatment” 

F.Croccolo, A.Quintini, R.Barni, M.Ripamonti, A.Malgaroli, C.Riccardi 


7) “Plasma-induced graft-polymerization of polyethylene glycol acrylate on PP 

substrates”, 

S.Zanini, M.Orlandi, C.Colombo, E.Grimoldi, C.Riccardi 


8) “Metodo e apparato per la deposizione di strati sottili nanostrutturati con 

morfologia e nanostruttura controllate” 

C.Riccardi, M.Piselli, F.Di Fonzo, F.Fumagalli, C.E.Bottani 

Domanda di brevetto MI2009-A002107 del 30/11/09 (2009). 

9) “Characterization of the neutron field at the ISIS-VESUVIO facility by means of a 

bonner sphere spectrometer” 

G.Gorini, Bedogni, R; Esposito, A; Andreani, C, et al. 

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol. 612 Pages: 143-148 2009 

10) “The thin-foil magnetic proton recoil neutron spectrometer MPRu at JET” 

G.Gorini, Sunden, EA; Sjostrand, H; Conroy, S, et al. 

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol. 610 Pages: 682-699 2009 



11) A silicon photomultiplier readout for time of flight neutron spectroscopy with 

gamma-ray detectors 

Pietropaolo, A; Gorini, G; Festa, G, et al. 

REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol. 80, 095108 2009 

12) gamma-Ray background sources in the VESUVIO spectrometer at ISIS 

spallation neutron source 

Pietropaolo, A; Cippo, EP; Gorini, G, et al. 

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS Vol: 608 Pages: 121-124 2009 

13) A New Dedicated Neutron Facility for Accelerated SEE Testing at the ISIS 

Facility 

Frost, CD; Ansell, S; Gorini, G 

IEEE INTERNATIONAL RELIABILITY PHYSICS SYMPOSIUM, VOL. 1-2, 

952-955 (2009) 

14) A new position-sensitive transmission detector for epithermal neutron imaging 

Schooneveld, E.M.; Tardocchi, M.; Gorini, G., et al. 

Journal of Physics D: Applied Physics 42, 152003 (2009) 

15). Title: Gain stabilization control system of the upgraded magnetic proton recoil 

neutron spectrometer at JET 

G.Gorini, Sjostrand, H; Sunden, EA; Conroy, S, et al. 

REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Vol: 80, 063505 (2009) 

16) Recent progress in fast ion studies on JET 

G.Gorini, Kiptily, VG; von Thun, CPP; Pinches, SD, et al. 

NUCLEAR FUSION Vol: 49, 065030 (2009) 

Progetti e convenzioni 

1. Accordo di programma tra l’Università degli Studi di Milano-Bicocca e la Regione 

Lombardia per l’istituzione del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo, responsabile 

scientifico Prof. C.Riccardi, 500 kEuro. 

2. Ministero per l’Università e la Ricerca, Fondo Giovani, Finanziamento di una 

borsa di dottorato di ricerca in Fisica e Astronomia nel settore: Nuove applicazioni 

dell’industria biomedicale. Tutore: Prof. C.Riccardi. 

3. Fondo di ateneo per la ricerca, Progetti di ricerca 2009 

Titolo: Fisica e diagnostica dei plasmi 

Responsabile Prof. M. Fontanesi, 18 kEuro 

4. Progetto Eurepeo “Ancient Charm”, sviluppo di nuove tecniche di indagine dei 

Beni Culturali mediante neutroni, Contratto UE approvato 01/2006: 



Coordinatore Prof. G.Gorini, 1.916.000 € complessivi, 350.000 € Dip. Fisica. 

5.Contratto JET-EP2 (01/10/2005-31/12/2009) tramite IFP-CNR, per la spettroscopia 

gamma dei plasmi termonucleari: 

Project leader Prof. G.Gorini, 500.000 € complessivi. 

6. Accordo di collaborazione con Institute for Health and Consumer Protection 

(IHCP) del Joint Research Centre (JRC) di Ispra (VA). L’accordo dal titolo “Surface 

modification and characterisation for biomedical applications” prevede la 

realizzazione di ricerche congiunte nel campo delle applicazioni dei plasmi al settore 

biomedicale e la formazione congiunta di un dottorando. Responsabile scientifico: 

Prof. C.Riccardi 

7. Progetto PANAREA (2008-2014). Progetto per l'Applicazione dei Neutroni Alla 

Ricerca in Elettronica e Archeometria. Finanziato dal CNR per la realizzazione 

dell’Accordo di ricerca “Agreement concerning collaboration in scientific research at 

the spallation neutron source ISIS” tra CNR e STFC (UK). 

Coordinatore Prof. G.Gorini, Importo: 800.000 € complessivi annui ripartiti tra 

quattro partner italiani. 

8. Fondazione Cariplo - BANDO FONDAZIONECARIPLO 2008, progetto 

2008.2449, “Metodi innovativi di sintesi e funzionalizzazione di nano e micro 

particelle per uso biomedico” con Facoltà di Medicina UNIMIB e Dipartimento di 

Chimica UNIMI. Progetto per lo sviluppo di processi a plasma per la 

funzionalizzazione di nano-particelle per applicazioni nel settore biomedicale. 

Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo: € 70.000. Durata: 2 anni. 

9. Ministero per l’Università e la Ricerca – Fondo FAR (Fondo Agevolazione della 

Ricerca, DM 593/00). Bando art. 12 – Materiali Innovativi – Domanda nr. 46231. 

Progetto “Thin Film antiaderente realizzato mediante plasma a pressione atmosferica” 

con il Dipartimento di Chimica del Politecnico di Milano, la Fondazione Politecnico e 

Plastik Spa 

Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi. Importo: € 2.200.000. Durata: 3 anni. 



BIOFISICA 

Personale 

Chirico Giuseppe 

Collini Maddalena 

D’Alfonso Laura 

Caccia Michele 

Laura Sironi 

Stefano Freddi 

Stefano Daglio 

Professore Ordinario 

Professore Associato 

Ricercatore 

Assegnista 

Dottorando 

Dottorando 

Dottorando 

Ricerca 

Ideazione di nano-foto sensori 

(Giuseppe Chirico, Maddalena 

Collini, Laura D’Alfonso, Stefano 

Freddi, Laura Sironi) 

Questo progetto è dedicato allo 

sviluppo di nano sensori basati sulle 

variazioni delle caratteristiche di 

fluorescenza (tempo di vita dello 

stato eccitato, intensita’ di emissione) 

di coloranti legati a naoparticelle 

metalliche. 

Per lo studio del riconoscimento 

molecolare proteina – anticorpo i 

primi promettenti risultati mostrano 

una sensibilità a concentrazioni 

picomolari. 

Biofisica di singole molecole (processi di protonazione) 

(Giuseppe Chirico, Maddalena Collini, Laura 

D’Alfonso, Stefano Daglio) 

0.15 

Il laboratorio sta applicando tecniche di 

spettroscopia di fotocorrelazione della 

fluorescenza, di decadimento del tempo di 

vita dello stato eccitato e di decadimento 

della anisotropia della correlazione della fluorescenza 

allo studio della conformazione e 

della dinamica interna di singole proteine 

della classe delle Green Fluorescent proteins. 

In particolare, si sta studiando un mutante 

fotocromico della proteina, caratterizzandone 

la risposta al variare dei parametri fisicochimici 

e spettroscopici dell’esperimento. 

G(t) 

0.10 

0.05 

0.00 

-0.05 

-0.10 

-0.15 

0.5Hz 

1Hz 

5Hz 

10Hz 

30Hz 

50Hz 

80Hz 

100Hz 

1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0.01 0.1 1 10 

lag time (s) 



Scopo della ricerca e’ la preparazione di sonde intracellulari con tempi di risposta del millisecondo 

per seguire processi quali la catalisi, la regolazione allosterica e la trasmissione di segnali. 

Imaging cellulare e di tessuti con tecniche ottiche non lineari 

(Giberto Chirico, Maddalena 

Collini, Michele Caccia, Laura 

Sironi) 

La microscopia non lineare viene 

utilizzata per studiare le risposte a 

stimoli su cellule dendritiche del 

sistema immunitario, le loro 

eventuali interazioni e i meccanismi 

che portano all’attivazione del 

sistema immunitario. Inoltre puo’ 

essere sfruttata per analizzare la 

conformazione di cellule 

metastatiche in tessuti tumorali e 

per valuare la penetrabilita’ 

cellulare di nanoparticelle di 

diversa natura per l’eventuale 

rilascio locale di farmaci. 

L’utilizzo di radiazione infrarossa pulsata permette una lunghezza di penetrazione nel tessuto di 

varie centinaia di micron. Grazie a questo vantaggio si sta mettendo a punto una tecnica per lo 

studio di cellule del sistema immunitario opportunamente colorate in linfonodi in vivo. 

Sito web: http://labs-biophysics.mib.infn.it 

Collaborazioni e convenzioni con enti esterni: 

Prof. Diaspro, Università di Genova: Microscopia a due fotoni 

Prof. Gratton, University of Illinois: Fluorescenza a due fotoni 

Prof. Langowski, Università di Heidelberg: Plasmidi di DNA 

Prof. Granucci, Università di Milano - Bicocca, Dip. di Biotecnologie e Bioscienze: Immunologia 

Prof. Indovina, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Caratterizzazioni di metastasi tumorali 

Prof. Molinari, CNR e Università di Verona: Folding di proteine globulari 

Dr. Mazzei, Istituto Superiore di Sanità, Roma: Dinamica di frammenti di DNA in soluzione 

Prof. Varani, University of Washington: NMR di peptidi e RNA 

Prof. Mozzarelli, Università di Parma: Unfolding di mutanti della GFP 

Prof. Cordone, Università di Palermo: proprietà proteine in trealosio. 


1. S.Freddi, L.D'Alfonso, M.Collini, M.Caccia, L.Sironi, G.Tallarida, S.Caprioli, G.Chirico, “Excited 

State Lifetime Assay for Protein Detection on Gold Colloids-Fluorophore Complexes”, Journal of 

Physical Chemistry C, 113, 2722-2730 (2009). 

2. L.Sironi, S.Freddi, L.D’Alfonso, M.Collini, T.Gorletta, S.Soddu, and G.Chirico, “p53 Detection by 

Fluorescence Lifetime on a Hybrid Fluorescein Isothiocyanate Gold Nanosensor”, Journal of 

Biomedical Nanotechnology, 5, 683–691 (2009). 

3. I.Zanoni, R.Ostuni, G.Capuano, M.Collini, M.Caccia, A.E.Ronchi, M.Rocchetti, F.Mingozzi, M.Foti, 

G.Chirico, B.Costa, A.Zaza, P.Ricciardi-Castagnoli, F.Granucci, “CD14 regulates the dendritic cell 

life cycle after LPS exposure through NFAT activation”, Nature, 460, 264-269 (2009). 



4. G.Chirico, ‘Bioimaging Protein watching”, Nature Phot. 3, 81-82 (2009). 

5. S.M. Moghimi, G.Chirico, A.Zaichenko, “A Special Issue on Nano- and Micro-Technologies for 

Biological Targeting, Tracking, Imaging and Sensing”, Journal of Biomedical Nanotechnology, 5, 

611–613 (2009). 

Presentazioni a congressi: 

1. V.Quercioli, C.Bosisio, M.Collini, L.D'Alfonso and G.Chirico, “Two-colors Photo-Switching of 

E222Q-GFPMut2 Mutant by Fluorescence Correlation Spectroscopy”, Biophys. J. 96(3), pp.74a, 

Biophysical Society, Boston, February 28 - March 4 2009. 

2. M.Collini, V.Quercioli, L.D'Alfonso, G.Chirico, G.Baldini, B.Campanini, S.Bettati, “Millisecond 

photo-switching dynamics of E222Q GFP mutants for sensor and imaging applications”, 7th 

European Biophysics Congress, EBSA, Genoa, July, 11-15 2009. 

3. G.Chirico, L.Sironi, S.Freddi, L.D’Alfonso, M.Collini, S.Pallavicini, “Gold nanoparticles for protein 

detection assays”, 13th ECSBM, European Conference of Spectroscopy of Biological Molecules, 

Palermo, August 28 – September 2 2009. 

Laureati laurea triennale: 

• Sara Carozza – Costruzione e caratterizzazione di nanoparticelle d’oro a simmetria cilindrica 

per terapia termica di cellule 

• Rocco D’Antuono – Fluorescenza di sistemi metallo nobile – proteine con eccitazione a due 

fotoni 

• Ilaria Mai – Processi diffusivi intracellulari seguiti tramite microscopia di fluorescenza non 

lineare 

• Gaia Moretti – Applicazioni di spettroscopia di correlazione di fluorescenza a proteine 

immobilizzate in gel 

• Paolo Pozzi - Studio di funzioni di correlazione su molecole in soluzione mediante l’uso di 

sensore EMCCD 

• Cristina Salvetti - Studio della dinamica delle cellule NK in vivo tramite microscopia a 

scansione con eccitazione a due fotoni 

• Emanuele Villa – Analisi di processi dinamici da microscopia non lineare su cellule 

Laureati laurea specialistica:. 

• Alessandra Palladini - 

Stages svolti per la prova finale: 

Argomenti: 

Uso di tecniche spettroscopiche in fluorescenza quali spettroscopia di correlazione della fluorescenza, 

tempi di vita al nanosecondo, flurescence recovery after photobleaching, per lo studio di sistemi 

proteici e/o sistemi colloidali ibridi metallo-colorante organico. Imaging di diversi sistemi cellulari ed 

eventuali argomenti da concordare con lo studente. 

Scopi: 

Analisi critica dei risultati. Elaborazione dati. Uso del PC come interfaccia con lo strumento di misura. 

Confronto delle misure con modelli. Stesura di una relazione scientifica. 

Progetti finanziati: 

Progetto Europeo, Cooperation Health-2007-1.2-4: In vivo image-guidance for cell therapy, ENCITE 



(Grant agreement No: 201842), PI. F. Granucci, G. Chirico (2008-2012). 

PRIN 2008: Studi di spettroscopia di correlazione della fluorescenza di costrutti proteici foto-attivatibili 

per applicazioni dinamiche in microscopia ottica tramite eccitazione a due colori. PI: M. Collini. 

ELETTRONICA 

Ricerca 

Presso il Dipartimento di Fisica sono presenti molti gruppi che si occupano di esperimenti di frontiera di 

nuova concezione e ad alto contenuto tecnologico. 

Per molti di tali esperimenti l’elettronica di lettura e gestione dei segnali deve soddisfare stringenti 

proprietà ed essere progettata in modo accurato. 

In Bicocca il Gruppo di Elettronica cerca di soddisfare, fino ad ora con un certo successo, le richieste 

sperimentali presenti. 

A questo gruppo afferiscono i ricercatori Prof. Andrea Baschirotto, Prof. Giuliano Boella, Dott. Andrea 

Giachero, Dott. Claudio Gotti e Prof. Gianluigi Pessina. 

Il personale tecnico è composto dall’Ing. Alessandro Baù ed i Sigg. Antonio De Lucia ed Adrea 

Passerini. 

Il lavoro è suddiviso e distribuito in 3 laboratori. 

ASTROFISICA 

Attualmente è in corso uno sviluppo orientato all’uso di particolari dispositivi criogenici, i SIS, per la 

rivelazione diretta di radiofrequenza fra 94 e 350 GHz. 

Questa attivitá è in collaborazione con lo IEN di Torino. 

Scopo dello sviluppo è giungere alla rivelazione diretta coerente della radiazione di fondo cosmico 

(CBR) con la realizzazione dell’esperimento MASTER e per la rivelazione di righe associate alle 

transizioni rotazionali molecolari che si generano nei processi di formazione delle stelle. 

FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI 

Gli esperimenti MARE, una matrice di 90 micro-bolometri, CUORE, una matrice composta di 988 

macro-bolometri, sono stati equipaggiati con un’Elettronica, avente funzionalità particolari, 

completamente progettata nei nostri laboratori [3]. 

In particolare, una delle ultime innovazioni introdotte per l’esperimento prototipo di CUORE, 

CUORICINO, riguarda un nuovo sistema elettronico di stabilizzazione della temperatura che ha 

consentito un notevole aumento della resa del sistema di analisi dei dati della misura in atto presso i 

laboratori del Gran Sasso (Tesi 1) e 2)). 

Per l’esperimento LHCb è stato studiato e realizzato un sistema originale di distribuzione dell’alta 

tensione dei fototubi. Attualmente è in avanzato sviluppo sia l’Elettronica che i nuovi sensori di luce per 

il previsto upgrade [1], [2], [4]. 

DISPOSITIVI ELETTRONICI 

Copiosa è stata l’attività di studio sui dispositivi elettronici. Il lavoro sperimentale ha riguardato 

in parte la caratterizzazione di JFET al Si da temperatura ambiente giù fino a 14 K. E’ stato realizzato 

uno strumento appositamente progettato perché in grado di caratterizzare in modo automatico i 



dispositivi elettronici in un ampio intervallo di temperatura. L’argomento è stato anche oggetto di una 

tesi di laurea e di un articolo apparso su rivista. 

Si è anche studiata una nuova tecnologia emergente: i transistori bipolari ad Etero- giunzione al Si-Ge. 

In particolare è stato anche realizzato e caratterizzato il primo preamplificatore di carica 

esclusivamente basato su tecnologia SiGe. 

Un’attività è stata avviata riguardante lo sviluppo di circuiti monolitici in varie tecnologie. AL momento si 

stanno sfruttando la tecnologia CMOS-90nm e SiGe-CMOS-350nm. Alcuni dispositivi sono stati già 

realizzati e sono in corso di sviluppo sia per il campo della fisica delle Alte Energie che per applicazioni 

più legate al mondo dell’industria. 

SISTEMI BASATI SU MICROCONTROLORI E DIGITAL SIGNAL PROCESSOR 

Un certo impegno il laboratorio l’ha speso anche per sviluppare ed acquisire conoscenze nel campo 

della gestione automatica della strumentazione mediante circuiti di interfaccia e della circuiteria 

necessaria per l’acquisizione dati. 

Gli sbocchi di questa attività sono duplici. 

Da una parte le conoscenze acquisite sono state direttamente applicate negli esperimenti CUORE, 

LUCIFER e MARE. 

Dall’altra parte le conoscenze sono direttamente sfruttate a scopi didattici nell’indirizzo di Elettronica 

dei Sistemi digitali della laurea triennale. 

Alcuni studenti si sono già laureati ed altri sono in procinto di iniziare il loro stage seguendo questo 

nuovo indirizzo. 

Pubblicazioni dall’anno 2009: 

1. C.Arnaboldi, T.Bellunato, A.DeLucia, E.Fanchini, D.L.Perego, G.Pessina, THE HIGH-VOLTAGE 

SYSTEM FOR THE LHCb RICH HYBRID PHOTON DETECTORS, Nuclear Instruments and Methods 

in Physics Research A, vol. A598, pp 173-174, 2009. 

2. M.Adinolfi, E.Albrecht, C.D’Ambrosio, T.Gys, J.Morant, D.Piedigrossi, M.Patel, K.Wyllie, M.Ameri, 

F.Fontanelli, G.Mini, M.Sannino, C.Arnaboldi, T.F.Bellunato, E.Fanchini, D.L.Perego, G.Pessina, 

C.Barham, C.Buszello, J.Dickens, V.Gibson, C.Jones, U.Kerzel, G.Rogers, H.Skottowe, S.Wotton, 

T.Blake, C.Eames, R.Plackett, S.Brisbane, N.Harnew, J.Libby, A.Powell, P.Sullivan, S.Topp- 

Jorgensen, S.Easo, A.Papanestis, Z.Zhang, S.Eisenhardt, F.Muheim, N.Styles, PERFORMANCE OF 

THE LHCb RICH PHOTO-DETECTORS AND READOUT IN A SYSTEM TEST USING CHARGED 

PARTICLES FROM A 25 ns-STRUCTURED BEAM, Nuclear Instruments and Methods in Physics 

Research A, vol. A603, pp 287-293, 2009. 

3. E.Andreotti, C.Arnaboldi, M.Barucci, C.Brofferio, C.Cosmelli, L.Calligaris, S.Capelli, M.Clemenz, 

C.Maiano, M.Pellicciari, G.Pessinab, S.Pirro, THE LOW RADIOACTIVITY LINK OF THE CUORE 

EXPERIMENT, Journal of Instrumentation, Jinst, Vol.4, P09003, p. 1-17, 2009. 

4. C.Arnaboldi, T.Bellunato, P.Gobbo, D.L.Perego, G.Pessina, THE HIGH VOLTAGE PROTECTION 

BOARDS FOR THE RICH DETECTORS OF THE LHCb EXPERIMENT, IEEE Transaction on Nuclear 

Science, Vol. 56, pp. 2828-2834, 2009. 

Tesi dell’anno 2009: 

1) Anno Accademico 2008-2009, SVILUPPO, BASATO SU MICROCONTROLLORE DELLA 

FAMIGLIA 8051, DEL SISTEMA DI GESTIONE DELLE FUNZIONI ANALOGICHE DEI 



PREAMPLIFICATORI DELL'ESPERIMENTO CUORE, Studentessa Noemi Novello, matricola 

700974. 

2) Anno Accademico 2008-2009, SVILUPPO, BASATO SU MICRO-CONTROLLORE ARM, DEL 

SISTEMA DI GESTIONE DI UN IMPULSATORE ULTRASTABILE PER L'ESPERIMENTO CUORE, 

Studente Marco Tarantola, matricola 702306 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

FISICA TEORICA 

Personale 

Destri Claudio 

Girardello Luciano 

Marchesini Giuseppe 

Rapuano Federico 

Enriotti Mirella 

Giusti Leonardo 

Penati Silvia 

Zaffaroni Alberto 

Oleari Carlo 

Tomasiello Alessandro 

Simma Hubert 

Nason Paolo 

Butera Paolo 

Giovannini Massimo 

Pepe Michele 









Ricercatore 

Ricercatore 

Professore a contratto 

Dirigente di ricerca INFN 

Primo ricercatore INFN 

Primo ricercatore INFN 

Ricercatore INFN 

Dottorandi: 

Alioli Simone, Amariti Antonio, Ratti CarloAlberto, Re Emanuele (XXII ciclo), Fasiello Matteo, Siani 

Massimo (XXIII ciclo), Bianchi Marco (XXIV ciclo) 

Assegnisti, borsisti: 

Banfi Andrea, Cornalba Lorenzo. 

1) Teorie dei campi e di stringa 

L. Girardello, S. Penati, A. Tomasiello, A. Zaffaroni, L. Cornalba, 

A. Amariti, M. Bianchi, C.A. Ratti, M. Siani 

L'interesse principale del gruppo è lo studio dei meccanismi di base delle interazioni fondamentali. Le 

maggiori attività coinvolgono la teoria quantistica dei campi, la gravità quantistica, le teorie di gauge, la 

supersimmetria e la teoria delle stringhe. 

I problemi più importanti della fisica teorica contemporanea sono l’unificazione delle quattro interazioni 

fondamentali, e una formulazione quantistica consistente della teoria della gravitazione. La teoria delle 

stringhe è un candidato promettente per la risoluzione di entrambi questi problemi. La teoria ottiene 



l’unificazione delle forze postulando che tutte le particelle elementari siano in realtà oggetti estesi (le 

“stringhe”) piuttosto che puntiformi. La nonlocalità intrinseca in questi oggetti estesi mitiga le 

divergenze ad alte energie della teoria dei campi, eliminando quindi i problemi che affliggono i tentativi 

più tradizionali di quantizzare la gravità. 

Quantizzando la stringa, si scopre che la teoria è libera da anomalie (e quindi consistente) solo in uno 

spazio-tempo di dimensione dieci (ad accoppiamento debole), o undici (in certi limiti con 

accoppiamento forte). La teoria prevede quindi l’esistenza di diverse dimensioni aggiuntive, la cui 

esistenza dovrebbe essere rilevata con esperimenti ad alta energia. 

Uno degli aspetti più interessanti della teoria delle stringhe è il modo “olografico” di descrivere la 

gravità quantistica: ovvero, fenomeni di gravità quantistica vengono descritti in modo duale da teorie di 

campo (senza gravità) che vivono sul bordo dello spazio-tempo che si considera. Questa dualità 

“gauge/gravità”, o “AdS/CFT”, potrebbe avere delle importanti ricadute nella descrizione di processi 

nonperturbativi in QCD (Quantum-Chromo-Dynamics, la teoria che descrive le interazioni forti) in 

termini di una teoria di gravità perturbativa in dimensioni maggiori di quattro. 

Le principali attività del gruppo riguardano: 

- La corrispondenza AdS/CFT, con particolare riguardo alla descrizione duale di teorie di gauge con 

supersimmetria ridotta in regime di accoppiamento forte in termini di teorie di stringa/supergravità in 

dimensioni più alte. 

- Lo studio di teorie di gauge supersimmetriche in regime non perturbativo con rottura soffice della 

supersimmetria, rottura dinamica della supersimmetria e vuoti metastabili. 

- Calcolo perturbativo di quantità di interesse fisico (funzioni di correlazione, dimensioni anomale di 

operatori composti) in teorie di gauge supersimmetriche. 

- Soluzioni esatte delle equazioni di stringa, con particolare riguardo a background con proprietà di 

integrabilità. 

- Teorie di campo supersimmetriche e supergravità in dimensione maggiore di quattro di interesse per 

modelli di compattificazione di stringa, modelli con dimensioni extra e corrispondenza olografica tra 

teorie di supergravità nel bulk e teorie di gauge su D-brane. 

Teorie di campo supersimmetriche definite in superspazio non(anti)commutativo ottenute, nel limite a 

basse energie, da background di stringa con forme di RR accese. 

- Calcolo perturbativo di ampiezze di scattering in teorie di gauge supersimmetriche e supergravita’. 

Ampiezze di scattering in spazi curvi e ampiezze in regime di accoppiamento forte. 

6) Teoria dei campi del Modello Standard 

G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, A. Banfi, S. Alioli, E. Re 

Il Modello Standard è la teoria di campo effettiva che descrive le interazioni elettrodeboli e forti alle 

scale di energia oggi accessibili sperimentalmente. Il gruppo di Milano - Bicocca studia vari aspetti del 

Modello Standard e dei fenomeni cui dà luogo. Nell'imminente partenza del collisore di protoni LHC al 

CERN di Ginevra, si studiano vari fenomeni di produzione rilevanti per la scoperta di nuove particelle e 

per la stima dei background in collisioni adroniche. Poiché la fisica dei collisori adronici è dominata 

dalle interazioni forti, gran parte dell'attività del gruppo è volta allo studio e alla simulazione di effetti 

forti in fenomeni di alta energia, come: 

- Calcolo di processi di alta energia, con l'inclusione delle correzioni radiative di QCD (Quantum- 

Chromo-Dynamics) al primo ordine sottodominante. 



- Studio di effetti forti dominanti in certe regioni cinematiche, che richiedono la risommazione della 

serie perturbativa di QCD a tutti gli ordini, legati alla emissione di gluoni soffici. 

• Simulazione dei fenomeni adronici nell'ambito degli algoritmi di Parton Shower, nuovi algoritmi di 

simulazione più accurati nelle emissioni soffici, e inclusione di correzioni di QCD all'ordine 

sottodominante. Si studiano in particolare fenomeni di produzione di getti adronici, di quark pesanti 

(charm, bottom, top), del bosone di Higgs in collisioni effettive di bosoni W, di produzione di coppie di 

W e Z, anche nell'ambito della collisione effettiva di coppie di W/Z. 

Urti tra un gluone e un quark 

3) Teoria dei campi e meccanica statistica su reticolo 

P. Butera, C. Destri, L. Giusti, G. Marchesini, M. Pepe, H. Simma 

Il gruppo studia le teorie di campo quantistiche nel regime non-perturbativo. L' obiettivo a lungo 

termine è capire, 

mediante calcoli da principi primi, le proprietà non-perturbative della Cromodinamica quantistica 

(QCD),la teoria fondamentale delle interazioni nucleare forti presenti in Natura. Esempi elementari di 

osservabili studiate sono le masse degli adroni e i loro elementi di matrice. 

È possibile definire non-perturbativamente le teorie di gauge discretizzando lo spazio-tempo e 

introducendo il 

formalismo dell' integrale funzionale. Le funzioni di correlazione associate possono essere calcolate a 

volume e 

passo reticolare finiti con i più avanzati metodi di integrazione Monte Carlo. L'estrapolazione a passo 

reticolare nullo delle quantità calcolate permette di determinare le osservabili fisiche direttamente 

confrontabili con i risultati sperimentali. Il progresso in questo campo di ricerca è determinato dalla 

capacità di disegnare nuove sonde della teoria che siano ben definite in teoria dei campi, facili da 

calcolare numericamente, e che abbiano una relazione nota con le quantità fisiche che si vogliono 

determinare. Spesso al progresso concettuale per definire una nuova osservabile segue uno sviluppo 

algoritmico che ne permette il calcolo numerico e viceversa. 

Le simulazioni di QCD richiedono l'uso dei super-calcolatori più potenti al mondo. Il gruppo sviluppa i 

nuovi algoritmi e 

porta avanti studi di fattibilità sul super-calcolatore del CILEA "Lagrange", usando un numero di 

processori che generalmente oscilla tra i 100 e i 1000. Simulazioni per la produzione dei risultati fisici 

sono generalmente più costose e vengono condotte in collaborazione con altri gruppi di ricerca 

Europei presso grandi centri di calcolo dedicati (Julich, Manno). 



Nel 2009 il gruppo ha proposto un nuovo metodo per il calcolo diretto del condensato chirale in QCD 

che non necessita di nessuna sottrazione ultravioletta a potenza, e che quindi permette di raggiungere 

per la prima volta una precisione del \% su questa fondamentale quantità. È stato anche proposto un 

nuovo metodo per calcolare il decadimento della stringa confinante nella teoria di pura gauge SU(2). 

Sono stati inoltre studiati sistemi di spin classici e quantistici su reticolo mediante sviluppi in serie della 

temperatura inversa (nel linguaggio della teoria dei campi, mediante sviluppi in accoppiamento forte). 

Si studiano forze a lungo range tra buche in modelli ferromagnetici che sono i precursori dei 

superconduttori ad alte temperature. 

4) Cosmologia 

C. Destri, M. Fasiello 

L'inflazione cosmica, la fase di espansione accelerata dell'Universo primordiale che precede il 

cosiddetto "Hot Big Bang", è ormai parte integrante del "Modello Cosmologico Standard". Oltre a 

rimuovere alcune problematiche fondamentali del modello originario di Big Bang (problema 

dell'orizzonte, piattezza, entropia), la fase inflazionaria fornisce in modo molto naturale, a partire dalle 

stesse fluttuazioni quantistiche del vuoto, le perturbazioni primordiali responsabili delle anisotropie 

della radiazione cosmica di fondo (CMB) e delle strutture su larga scala (LSS) dell'Universo osservato. 

Lo spettro delle perturbazioni primordiali è caratterizzato da alcuni parametri fondamentali (ampiezza, 

indice spettrale, rapporto tensori/scalari,...) la cui determinazione si sta facendo sempre più precisa 

grazie al costante aumento della già grande massa di dati osservativi. 

In questo ambito l'attività del gruppo riguarda proprio la determinazione, all'interno di una classe ben 

definita di potenziali inflazionari, di limiti il più accurati possibile sui parametri fondamentali di cui sopra. 

Di particolare rilevanza, per ragioni teoriche di base e in vista delle previste future osservazioni 

particolarmente accurate, sono i limiti inferiori per il rapporto tensori/scalari ottenibili dalla classe di 

potenziali cosiddetti "alla Ginzburg-Landau". Un altro aspetto rilevante riguarda lo studio di effetti 

particolari nella radiazione CMB, quali la depressione del quadrupolo, 

allo scopo di raffinare i modelli inflazionari. 

5) Teoria della gravitazione e fisica delle alte energie 

M. Giovannini 

Non esiste, al momento, alcun esperimento condotto negli acceleratori di particelle che richieda o 

implichi l'esistenza della forza gravitazionale, se, naturalmente, si escludono gli effetti delle forze 

mareali della luna sui grandi anelli di collisione, come, ad esempio, LHC (Large Hadron Collider, 

presso il CERN, Ginevra). Pur tuttavia, i modelli che suppongono l'unificazione della dell'interazione 

elettrodebole con l'interazione forte hanno spesso implicazioni gravitazionali che si rispecchiano in 

segnali di natura astrofisica e cosmologica. La struttura su larga scala delle galassie e delgli ammassi 

di galassie come anche la distribuzione delle disomogeneità nella temperatura e nella polarizzazione 

della radiazione di fondo cosmico rappresentano un segnale (spesso difficile da decifrare) di un'epoca 

in cui le interazioni gravitazionali, le interazioni forti e le interazioni elettrodeboli erano presumibilmente 

parte integrante di un unico sistema fisico caratterizzato da una relativamente grande curvatura 

spazio-temporale. 

Gli interessi di ricerca e le collaborazioni di questa area tematica sono dunque all'interfaccia 

dell'astrofisica, della cosmologia e della fisica delle alte energie. Le attività spaziano dallo studio 

teorico della struttura delle singolarità nella relatività generale, alla teoria dei campi negli spazi curvi, 

alla teoria cinetica e alla fisica del plasma con particolare attenzione per lo studio dei campi magnetici 



su scale di lunghezza più grandi dell'unità astronomica. Tutte queste tematiche convergono spesso e 

volentieri nella formulazione di nuovi modelli teorici. 

Il principale scopo di quest'area tematica è l'analisi delle connessioni tra l'infinitamente grande (oggetto 

di osservazione della cosmologia e dell'astrofisica) e l'infinitamente piccolo esplorato dalla fisica delle 

particelle. La speranza di questo sforzo è, fra l'altro, di trovare implicazioni osservabili di, talvolta 

ambiziose, costruzioni speculative quali quelle proposte nel contesto delle teorie di supergravità e 

superstringa. 

È pertanto naturale, nel contesto di questa area tematica, l'interesse sia per le osservazioni satellitari 

sia per la gli esperimenti condotti negli acceleratori di particelle. Fra le osservazioni satellitari 

ricordiamo per esempio quelle del satellite WMAP e dello Hubble space telescope. Fra gli esperimenti 

di fisica delle alte energie il Large Hadron Collider (LHC). 

Nel corso del 2009, i principali capitoli delle attività e degli interessi di questa linea di ricerca possono 

esser riassunti come segue: 

la fisica delle anisotropie della radiazione di fondo cosmico e la sua relazione con il convenzionale 

paradigma utilizzato per interpretare i tre insiemi di osservabili cosmologiche (vale a dire supernovae 

di tipo Ia, struttura a larga scala e, appunto, la radiazione di fondo cosmico); 

- la fisica dei fondi stocastici di radiazione gravitazionale e la loro relazione ai progetti di interferometri 

a banda larga (in particolare VIRGO, LIGO, Geo-600, Tama e i futuribili LISA, BBO, DECIGO); 

1. la fisica dei campi magnetici a grandi scale e sue implicazioni per l'analisi osservativa delle 

anisotropie della radiazione di fondo cosmico sia tramite esperimenti satellitari (Planck, WMAP), sia 

tramite esperimenti terrestri (Quad, CAPMAP, CBI, ACBAR); 

- la fisica di LHC e sue connessioni con vari aspetti della fisica astroparticellare e con la fisica del 

plasma (il problema delle instabilità non-lineari dei fasci); 

2. strumenti semi-analitici per la stima dei parametri nella fisica della radiazione di fondo cosmico; 

3. soluzioni descriventi difetti topologici gravitanti in 6 dimensioni nello spazio di anti-de Sitter. 



Un potenziale spettro di polarizzazione circolare della radiazione di fondo cosmico è paragonato con 

gli spettri dei modi E e B indotti dalla polarizzazione lineare. 

6) Sviluppo di calcolatori 

P. Butera, C. Destri, G. Marchesini, F. Rapuano, H. Simma 

Le simulazioni large-scale per la QCD sul reticolo, per la meccanica statistica e per altri problemi del 

calcolo scientifico richiedono algoritmi numerici efficienti ed una potenza di calcolo enorme che può 

essere raggiunta solo con supercalcolatori paralleli. Per questo motivo il gruppo svolge ricerca sia su 

algoritmi per la QCD ed altri applicazioni del calcolo scientifico, sia su architetture e tecnologie dei 

calcolatori paralleli. Attualmente gran parte delle nostre simulazioni di QCD sul reticolo viene eseguito 

sul computer parallelo apeNEXT tramite accesso remoto a 512 nodi dell'installazione centralenella 

sezione INFN di Roma. Nel nostro Laboratorio di Calcolo Parallelo abbiamo un sistema APEmille con 

256 nodi e tre cluster Linux. L'ultima installazione di un cluster da Eurotech mette a disposizione 

localmente una prestazione di 400 Gflops. Il gruppo di Milano ha partecipato nell'ambito del progetto 

speciale APE dell'INFN allo sviluppo di macchine "custom" con alta prestazione ed efficienza per la 

QCD. Poiché presto anche la potenza di apeNEXT non sarà più sufficiente per simulazioni competitive 

a livello mondiale, abbiamo iniziato lo sviluppo di un futuro calcolatore ad altissima prestazione. La 

nuova architettura utilizza un processore commoditycon elevata prestazione per i nodi di calcolo e si 

collega strettamente tramite una rete custom, simile a quella di APE, con topologia di un toro 3- 

dimensionale. Questo sviluppo viene eseguito nel ambito della collaborazione QPACE tra IBM 

Boeblingen e partner accademici in Germania ed Italia. Il nodo di calcolo è basato sull'ultimaversione 



del processore Cell (PowerXCell 8i) che fornisce una potenza di calcolo di 100 GFlops in doppia 

precisione. 

Per il progetto QPACE il gruppo svolge attivita molto rilevanti come 

- L'analisi del processore Cell tramite benchmarking e sviluppo di modelli di performance - 

L'individuazione di nuove strategie per l'implementazione efficiente 

dei algoritmi di QCD sul architetture multi-core come il Cell - la definizione della rete di 

communicazione e la sua implementazione hardware. 

Una scheda con il nodo base di apeNEXT 

Collaborazioni con enti esterni: 

In Italia: INFN, Università degli studi di Milano, Pisa, Padova, Genova, Firenze, Verona, Torino, 

Parma, Roma La Sapienza, Roma Tor Vergata, Ferrara. 

All'estero: IAS, Princeton; New York University; Ecole Polytechnique (Parigi); CERN; LPTHE; 

Université Pierre et Marie Curie, Paris VI; Denis Diderot, Paris VII; University of Pittsburgh; McGill 

University, Montreal; LAPTH, Annecy; Max Planck Institute, Potsdam; Saclay; Duhram; DESY- 

Zeuthen (Germania); DESY-Hamburg (Germania); Univ. of Muenster (Germania); Nikheff; Fermilab; 

Melbourne Univ. (Australia); Landau Institute, Chernogolovka (Russia); Univ. H. Poincaré, Nancy 

(Francia); Cambridge (UK); San Pietroburgo (Russia); Southhampton (UK); Notre Dame (USA); 

University of Maryland (USA); Patras Univ. (Greece); Bern Univ. (Svizzera); Porto University 

(Portogallo). 


1. Antonio Amariti, Luciano Girardello, Alberto Mariotti, “Stringy instantons from Seiberg duality.” 

Nucl.Phys.Proc.Suppl.192-193:161-162,2009. 

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3. Antonio Amariti, Massimo Siani, “R-symmetry and supersymmetry breaking in 3D WZ models.” 

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4. M. Porrati, L. Girardello, “The Three Dimensional Dual of 4D Chirality.” JHEP 0911:114,2009, 

[arXiv:0908.3487]. 

5. Marco S. Bianchi, Silvia Penati, Alberto Romagnoni, Massimo Siani, “Nonanticommutative U(1) SYM 

theories: Renormalization, fixed points and infrared stability.” JHEP 0907:039,2009, 

[arXiv:0904.3260]. 

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12. Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re, “NLO Higgs boson production via gluon 

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13. Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re, “NLO single-top production matched with 

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14. Simone Alioli, Paolo Nason, Carlo Oleari, Emanuele Re, “NLO single-top production matched with 

shower in POWHEG: s- and t-channel contributions.” JHEP 0909:111,2009,Erratum-ibid.1002:011, 

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Relazione Anno 2009 - Dipartimento di Fisica G. Occhialini - Infn

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