Relazione Dipartimento 2007 finale - Dipartimento di Fisica G ...

Relazione Anno 2007 

Direttore: Prof. Federico Rapuano 

Vicedirettore: Prof. Giorgio Sironi 

Segretario Amministrativo: Sig.a Anna Mangano 

Dipartimento di Fisica “G. Occhialini” 

Piazza della Scienza n. 3 - 20126 Milano 

http://www.unimib.it 

http://fisica.mib.infn.it

Relazione Dipartimento di Fisica “G. Occhialini”, anno 2007 

INDICE pag. 

Presentazione del Dipartimento 3 

Attività amministrativo-contabile 4 

Personale del Dipartimento 5 

Personale INFN 8 

Attività didattica 9 

Attività scientifica 11 

Fisica delle Particelle 

Personale 12 

Ricerca 

1) Fisica dei Neutrini 13 

Astrofisica 

Personale 20 

Ricerca 21 

1) Cosmologia – Gruppo Radio 22 

2) Astrofisica e Cosmologia 23 

3) Cosmologia relativistica 25 

4) Galassie e oggetti compatti 28 

Plasmi 

Personale 32 

Ricerca 33 

1) Turbolenza nei plasmi 33 

2) Applicazioni industriali dei plasmi 33 

3) Microscopia ed analisi dei materiali 33 

4) Plasmi per la fusione termonucleare e spettroscopia neutronica 33 

5) Progetto Ancient Charm 34 

CENTRO PLASMA PROMETEO 35 

Pubblicazioni 41 

Laser e Plasmi 

Personale 45 

Ricerca 

1) Idrodinamica in plasmi prodotti da laser, shock e fisica dei materiali 

a fortissime pressioni 46 

2) Interazione laser materia in regime relativistico 46 

LABORATORI 50 


Biofisica 

Personale 55 

Ricerca 

1) Studio della fotodinamica di proteine 55 

Pagina 1 di 71


2) Biofisica di singole molecole 56 

3) Imaging cellulare di tessuti con tecniche ottiche non lineari 56 


Elettronica 

Personale 60 

Ricerca 60 


Fisica Teorica 

Personale 63 

Ricerca 63 



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 52 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 

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, Istituto IASF/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). 

E’ possibile consultare il sito Web del Dipartimento all’indirizzo: 

ATTIVITÀ AMMINISTRATIVO-CONTABILE 

http://fisica.bicocca.mi.infn.it/it/ 

L’attività amministrativo-contabile del Dipartimento nel corso dell’anno 2006 può essere 

riassunta come segue: 

Tabella sintetica dell’attività amministrativo-contabile 2007 

Mandati 1423 € 1.815.573,00 

Impegni 1052 € 1.585.935,00 

Reversali 76 € 1.985.050,00 

Accertamenti 68 € 1.638.934,00 

Missioni 399 € 170.000,00 

Pagamenti verso l’estero 47 € 251.000,00 

Registrazioni Materiali inventariati 146 € 552.509,00 

Variazioni di bilancio 135 € 2.606.296,00 


PERSONALE DEL DIPARTIMENTO 

Professori Ordinari 

Baldini Giancarlo 

Boella Giuliano 

Bonometto Silvio 

Chincarini Guido 

Chirico Gilberto 

Destri Claudio 

Fiorini Ettore 

Fontanesi Marcello 

Girardello Luciano 

Marchesini Giuseppe 

Pullia Antonio 

Ragazzi Stefano 

Rapuano Federico 

Sironi Giorgio 

Professori Associati 

Batani Dimitri 

Brofferio Chiara 

Calvi Marta 

Collini Maddalena 

Colpi Monica 

Enriotti Mirella 

Gavazzi Giuseppe 

Gervasi Massimo 

Gorini Giuseppe 

Paganoni Marco 

Penati Silvia 

Riccardi Claudia 

Sassi Giandomenico 

Tabarelli de Fatis Tommaso 

Zaffaroni Alberto 

Zanotti Luigi 

Ricercatori 

Barni Ruggero 

D’Alfonso Laura 

Ghezzi Alessio 

Lucchini Gianni 

Nucciotti Angelo 

Oleari Carlo 

Pavan Maura 

Pensotti Simonetta 

Roman Eduardo (T.D.) 

Zannoni Mario 



Personale Amministrativo 

Branzoni Lorella 

De Vita Stefania 

Foschi Vera 

Lucchini Silvana 

Mangano Anna 

Venditti Ciro 

Personale Tecnico 

Banfi Stefano 

Baù Sandro 

Benocci Roberto 

Boncristiano Antonello 

Callegaro Cristiano 

De Lucia Antonio 

Galassi Alessandro 

Govoni Pietro 

Mietner Alessandro 

Milani Roberto 

Passerini Andrea 

Piselli Moreno 

Sisti Monica 

Assegnisti e Borsisti 

Arnaboldi Claudio 

Cannone Fabio 

Capelli Silvia 

Casarini Luciano 

Cattaneo Roberta 

Clemenza Massimiliano 

Colombo Loris 

Cornalba Lorenzo 

Croccolo Fabrizio 

Esena Paola 

Gendre Bruce 

Gironi Luca 

Grimoldi Elisa 

Guidorzi Cristiano 

Kraft-Bermuth Saskia 

La Parola Valentina 

Mainini Roberto 

Mancin Marco 

McReynolds Sean Thomas 

Montalti Massimo 

Orlando Domenico 

Patroni Stefano 

Perelli Enrico 

Pizzolato Fabio 

Romano Patrizia 



Rovere Marco 

Salerno Roberto 

Salvaterra Ruben 

Schaeffer David 

Venkatakrishnan Narayanan 

Zanini Stefano 

Dottorandi 

XXI Ciclo 

Bosisio Chiara 

Cerati Giuseppe 

De Vecchi Bernadetta 

Grossetti Giovanni 

Moro Alessandro 

Ognissanto Flora 

Proverbio Luca 

Quercioli Valentina 

Ricci Daria 

Sala Leonardo 

Tancini Valentina 

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 




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

di Fisica Nucleare: 

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. 

Sono stati svolti corsi introduttivi alla Meccanica Quantistica ed alla Relatività Speciale. 


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 

Fiorini Ettore Professore Ordinario 

Negri Pietro Professore Ordinario 

Pullia Antonino Professore Ordinario 

Brofferio Chiara Professore Associato 

Calvi Marta Professore Associato 

Paganoni Marco Professore Associato 

Ragazzi Stefano Professore Associato 

Tabarelli de Fatis Tommaso Professore Associato 

Zanotti Luigi Professore Associato 

Nucciotti Angelo Ricercatore 

Pavan Maura Ricercatore 

Pensotti Simonetta Ricercatore 

Bellunato Tito Assegnista 

Capelli Silvia Assegnista 

Ghezzi Alessio Assegnista 

Callegaro Cristiano Tecnico 

De Lucia Antonio Tecnico 

Govoni Pietro Tecnico Laureato 

Sisti Monica Tecnico Laureato 


Collaborano anche il Prof. Giuliano Boella, ordinario, e il Prof. Massimo Gervasi, associato. 

Personale INFN: 

Ricercatori: M. Bonesini, C.M. Cattadori, O. Cremonesi, P. D'angelo, S. Malvezzi, C. Matteuzzi, D. 

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

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

Dottorandi: 

G. Cerati, C. Nones, M. Malberti, R. Salerno, L. Sala, V. Tancini 

Ricerca 

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

2) Fisica elettrodebole con il rivelatore DELPHI al LEP 

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

4) Esperimenti HARP e NUFACT/MICE 

5) Sviluppo di rivelatori di radiazioni di grandi superfici 

6) Studio di risonanze mesoniche con il rivelatore L3 al LEP 

7) Studi di astroparticelle con l’esperimento AMS 

8) Fisica del charm con l’esperimento FOCUS 

9) Fisica dei Neutrini 


Fisica dei Neutrini 


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

b) Misura del Doppio Decadimento Beta del 130 Te 

c) Misura del Doppio Decadimento Beta del 76 Ge 

d) Sviluppo di scintillatori organici liquidi drogati con In, Gd, Nd 

Personale 

a) e b) Personale universitario: C. Brofferio, E. Fiorini, A. Nucciotti, M. Pavan, M. Sisti, A. de Lucia 

Personale INFN: L. Carbone, G. Ceruti, O. Cremonesi, R. Gaigher, G. Galotta, M. Perego, G. 

Pessina, S. Pirro, E. Previtali 

Personale con contratto a tempo determinato (Università o INFN): C. Arnaboldi, S. Capelli 

Dottorandi: C. Nones 

c) e d) Personale universitario: E. Bellotti (in trattamento di quiescenza), L. Zanotti 

Personale INFN: C. Cattadori 

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

Pagina 13 di 71 

b)

a) 


In a) il set-up sperimentale disegnato 

per MARE-1. In b) l’array della NASA 

con i cristalli di AgReO4 utilizzato nei 

test. In c) lo spettro di calibrazione del 

migliore rivelatore in b) c) 

L'esperimento studia l'end-point dello spettro del 187 Re per determinare la massa 

dell'antineutrino elettronico. Si utilizzano schiere di rivelatori termici di AgReO4 caratterizzati da una 

elevata risoluzione energetica. Con questa tecnica si realizza una misura calorimetrica dell'energia 

emessa nel decadimento del 187 Re, cioè si misura tutta l'energia rilasciata tranne quella sottratta dal 

neutrino. La misura calorimetrica dello spettro si pone in antitesi con la tecnica tradizionalmente 

impiegata per la misura diretta della massa dell'antineutrino elettronico, ovvero la spettrometria 

elettrostatica o magnetica degli elettroni emessi nel decadimento del Trizio, e ne evita tutte le fonti 

di errore sistematico. 

Dal 2005 è in fase di sviluppo il nuovo esperimento per la misura diretta della massa del 

neutrino MARE (Microcalorimeter Arrays for a Rhenium Experiment). MARE si divide in 2 fasi: 

MARE-1 prevede il raggiungimento di una sensibilità sulla massa del neutrino dell’ordine di 1 eV, 

permettendo di verificare i risultati degli spettrometri e di controllare la presenza di effetti sistematici 

inattesi. MARE-2 cercherà di raggiungere una sensibilità pari a 0.2 eV. All’esperimento MARE 

partecipano gruppi italiani, tedeschi ed americani. 

Nell’ ambito di MARE-1, presso il laboratorio criogenico del dipartimento, nel corso del 

2007 si sono effettuati gli ultimi test per verificare la qualità dei cristalli di AgReO4 prodotti per 

l'esperimento, utilizzando un array di 6x6 sensori uguale a quelli che saranno utilizzati in MARE-1. 


b)


Si è poi iniziato l'assemblaggio del set-up sperimentale criogenico e dell'elettronica di 

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

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

Pubblicazioni: 

1. Giuliani, A.; Andreotti, E.; Arnaboldi, C.; de Bernardis, P.; Beyer, J.; Brofferio, C.; Calvo, M.; 

Capelli, S.; Cremonesi, O.; Enss, C.; Fiorini, E.; Fleischmann, A.; Foggetta, L.; Galeazzi, M.; 

Gallinaro, G.; Gastaldo, L.; Gatti, F.; Gorla, P.; Heeger, K.; Irwin, K.D.; Kelley, R.; Kilbourne, C.A.; 

Margesin, B.; Maruyama, R.; Masi, S.; McCammon, D.; Monfardini, A.; Nones, C.; Nucciotti, A.; 

Pavan, M.; Pedretti, M.; Pergolesi, D.; Pessina, G.; Petcov, S.; Porter, F.S.; Prest, M.; Previtali, E.; 

Repetto, P.; Ribeiro-Gomez, M.; Sangiorgio, S.; Schaeffer, D.; Sisti, M. 

"MARE, MICROCALORIMETER ARRAYS FOR A RHENIUM EXPERIMENT: A DETECTOR 

OVERVIEW", NIM A, 572 (2007) 208-210 

2. Sisti, M; MARE collaboration 

"MARE: RE-187 BETA SPECTRUM ANALYSIS WITH BOLOMETRIC TECHNIQUES" 

NPB Proc. Suppl., 168 (2007) 48-50 

b) Misura del Doppio Decadimento Beta del 130 Te 

Scopo principale di questo filone di ricerca è lo studio del decadimento beta doppio del 130 Te 

(con e senza emissione di neutrini) per mezzo di una schiera di rivelatori bolometrici operanti in un 

refrigeratore a diluizione presso la Sala A dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). I risultati 

raggiunti nel corso del 2002 con una schiera di 20 cristalli di TeO2, pari ad una massa di circa 7 kg 

di rivelatore attivo, hanno permesso di fissare dei limiti sulla combinazione lineare delle masse dei 

neutrini nota col nome di “massa efficace” attorno all'elettronvolt, ponendo questo esperimento al 2º 

posto a livello internazionale dal punto di vista della sensibilità a 

tale parametro. 

nella foto, CUORICINO 

Per migliorare ulteriormente tale risultato è stato 

necessario aumentare di molto la massa e ridurre il più 

possibile il residuo (seppur minimo) livello di contaminazione 

radioattiva naturale ancora presente nel passato esperimento. Il 

risultato è l’esperimento CUORICINO che consiste in 62 cristalli 

di TeO2, pari ad una massa attiva di circa 40 kg. 

Le misure con CUORICINO sono iniziate nel 2003 e sono 

proseguite fino a tutto il 2007 presso la Sala A dei LNGS. Alla 

fine dell’anno la sensibilità sulla massa efficace del neutrino era 

di circa 0.2÷0.6 eV: un risultato di grande interesse a causa di 

una supposta evidenza riportata, con una massa efficace 

simile, dalla collaborazione Heidelberg-Moscow per questo 

decadimento raro nel 76 Ge. 

Gli sviluppi futuri di questa ricerca prevedono la 

realizzazione di una schiera di rivelatori bolometrici di massa 

complessiva attorno ad 1 tonnellata (esperimento CUORE), che 

consentirebbe il raggiungimento di una sensibilità sulla massa 

efficace attorno a 0.03 eV, laddove alcune teorie sulla massa 


dei neutrini prevedono possa trovarsi tale parametro sperimentale. 


L’esperimento CUORE è un esperimento internazionale che vede la collaborazione di gruppi 

italiani, spagnoli ed americani. Nell’ambito dell’esperimento CUORE il gruppo del Dipartimento di 

Fisica dell'Università degli Studi di Milano - Bicocca ha una posizione di leadership e si occupa dello 

sviluppo del rivelatore, della riduzione della radioattività, dell’analisi dei dati, delle simulazioni 

Montecarlo, dell’elettronica e del sistema criogenico. 

Nel corso del 2007 sono stati anche eseguiti diversi esperimenti con un secondo refrigeratore a 

diluizione installato nella Sala C dei LNGS. Si è trattato di test in vista della definizione dei rivelatori 

dell’esperimento CUORE: in particolare sono state studiate nuove tecniche di pulizia dei materiali e 

si è cercato di individuare ed eliminare tutte le sorgenti che contribuiscono al fondo radioattivo. 

Sempre nella Sala C dei LNGS si studiano rivelatori in cui si misura la luce di scintillazione 

simultaneamente al segnale termico per discriminare alcuni tipi di fondi in vista di futuri esperimenti 

per la ricerca del doppio decadimento beta ancora più sensibili di CUORE. 


1. S.Capelli, R.Ardito, C.Arnaboldi, D.R.Artusa, F.T.AvignoneIII, M.Balata, I.Bandac, M.Barucci, 

J.W.Beeman, F.Bellini, C.Brofferio, C.Bucci, F.Capozzi, L.Carbone, S.Cebrian, M.Clemenza, 

C.Cosmelli, O.Cremonesi, R.J.Creswick, I.Dafinei, A.deWaard, M.Diemoz, M.Dolinski, H.A.Farach, 

F.Ferroni, E.Fiorini, G.Frossati, C.Gargiulo, E.Guardincerri, A.Giuliani, P.Gorla, T.D.Gutierrez, 

E.E.Haller, I.G.Irastorza, E.Longo, G.Maier, R. Maruyama, S.Morganti, S.Nisi, C.Nones, 

E.B.Norman, A.Nucciotti, E.Olivieri, P.Ottonello, M.Pallavicini, V.Palmieri, E.Pasca, M.Pavan, 

M.Pedretti, G.Pessina, S.Pirro, E.Previtali, B. Quiter, L.Risegari, C.Rosenfeld, S.Sangiorgio, M.Sisti, 

A.R.Smith, S.Toffanin, L.Torres, G.Ventura, N.Xu, L.Zanotti 

"CUORICINO AND CUORE, BOLOMETRIC EXPERIMENTS FOR DOUBLE BETA DECAY 

RESEARCH" 

Pubblicato in ``2007 Electroweak Interactions and Unified Theories'', THE GIOI Publishers, p.415- 

420, 2007, Italia 

2. F. Bellini, F. Alessandria, E. Andreotti, R. Ardito, C. Arnaboldi, F.T. Avignone III, M. Balata, 

I.Bandac, M. Barucci, J.W.Beeman, B. Berger, C. Brofferio, A. Bryant, C. Bucci, S.Capelli, 

L.Carbone, S. Cebrian, M. Clemenza,C. Cosmelli, S. Cuneo, O.Cremonesi, R.J. Creswick, 

I.Dafinei, M. P. Decowski, S. Di Domizio, S. Diemoz, M.J. Dolinski, H.A.Farach, F. Ferroni, 

E.Fiorini, L. Foggetta, S.J. Freedmann, C. Gargiulo, A. Giachero, E.Guardincerri, A. Giuliani, 

P.Gorla, T.D. Gutierrez, E.E. Haller, K.M. Heeger, I. G. Irastorza, R.Kadel, Yu.G. Kolomenski, 

E.Longo, G. Maier, R. Maruyama, C. Martinez, S. Morganti, S. Nisi, C. Nones, E.B. Norman, 

A.Nucciotti, M. Olcese, P. Ottonello, M. Pallavicini, E. Palmieri, M. Pavan, M. Pedretti, G. Pessina, 

S. Pirro, G. Pessina, E. Previtali, L. Risegari, C. Rosenfeld, S. Sangiorgio, M.Sisti, A.R. Smith, 

L.Torres, C. Tomei, G. Ventura, M. Vignati, N. Xu, C. Zarra and L. Zanotti 

"PASSIVE SHIELDING IN CUORE" 

Pubblicato in AIP Conf.Proc. 897 (2007) 117-122, Stati Uniti 

3. M.Pedretti, F. Alessandria, E. Andreotti, R. Ardito, C. Arnaboldi, F.T. Avignone III, M. Balata, 

I.Bandac, M. Barucci, J.W.Beeman, F.Bellini, B. Berger, C. Brofferio, A. Bryant, C. Bucci, S.Capelli, 

L.Carbone, S. Cebrian, M. Clemenza,C. Cosmelli, S. Cuneo, O.Cremonesi, R.J. Creswick, 

I.Dafinei, M. P. Decowski, S. Di Domizio, S. Diemoz, M.J. Dolinski, H.A.Farach, F. Ferroni, 

E.Fiorini, L. Foggetta, S.J. Freedmann, C. Gargiulo, A. Giachero, E.Guardincerri, A. Giuliani, 

P.Gorla, T.D. Gutierrez, E.E. Haller, K.M. Heeger, I. G. Irastorza, R.Kadel, Yu.G. Kolomenski, 

E.Longo, G. Maier, R. Maruyama, C. Martinez, S. Morganti, S. Nisi, C. Nones, E.B. Norman, 

A.Nucciotti, M. Olcese, P. Ottonello, M. Pallavicini, E. Palmieri, M. Pavan, G. Pessina, S. Pirro, G. 



Pessina, E. Previtali, L. Risegari, C. Rosenfeld, S. Sangiorgio, M.Sisti, A.R. Smith, L.Torres, C. 

Tomei, G. Ventura, M. Vignati, N. Xu, C. Zarra and L. Zanotti 

"AN ACTIVE-SHIELD METHOD FOR THE REDUCTION OF SURFACE CONTAMINATION 

IN CUORE" 

Pubblicato in AIP Conf.Proc. 897 (2007) 59-64, Stati Uniti 

4. M. Pavan, C. Callegaro, S. Capelli, M. Carrettoni, M. Clemenza, L.Gironi, P. Gorla, C. Maiano, 

C. Nones, M. Pedretti 

"CONTROL OF BULK AND SURFACE RADIOACTIVITY IN BOLOMETRIC SEARCHES FOR 

DOUBLE BETA DECAY" 

Accettato per pubblicazione su The European Physical Journal, 2007 

c) Misura del Doppio Decadimento Beta del 76Ge 

L'esperimento GERDA (GERmanium Detector Array) e’ volto alla ricerca del decadimento 

doppio beta del 76 Ge presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. La struttura dell'apparato 

consiste sinteticamente di diodi al germanio, arricchiti all' 86% in germanio 76, l'isotopo doppio beta 

attivo. I diodi saranno direttamente immersi in un liquido criogenico (azoto o argon liquidi) che ha la 

doppia funzione di raffreddare i diodi e di schermarli dalla radioattività ambientale. Il tutto è 

circondato da acqua, per un totale di circa 700 m 3 , che funge da ulteriore schermo per gamma e 

neutroni e da veto per la radiazione muonica, rilevando la radiazione Cerenkov emessa in acqua. 

La schermatura descritta, unitamente i) alla severa selezione dei materiali costituenti il montaggio 

ed il read-out dei diodi, ii) alla elevata qualità in termini di radiopurezza dei diodi stessi, permette 

nominalmente di ottenere un abbattimento del fondo di circa un fattore cento rispetto agli ultimi 

esperimenti sul decadimento doppio beta del germanio 76. 

L’esperimento si articolerà in due fasi: nella prima verranno posti in misura 8 diodi arricchiti + 5 

non arricchiti per una massa di quasi 20 kg, già delle collaborazioni HdM e IGEX (opportunamente 

riadattati); nella seconda fase altri rivelatori, per un totale di almeno ulteriori 25 kg, verranno 

aggiunti. Questi ultimi saranno a read-out segmentato per permettere ulteriori riduzioni del fondo. 

L'esperimento può raggiungere in tempi brevi (2-3 anni dall'entrata in funzione prevista per il 

2009) limiti sul periodo di dimezzamento, di 10 26 anni o confermare con buona statistica l'effetto 

positivo osservato dalla collaborazione Heidelberg-Moscow. 



Figura 1 Schema dell’ esperimento GERDA sulla ricerca del decadimento doppio beta del 76Ge 

Nel corso del 2007: 

1. E’ stato completamente costruito e collaudato presso la ditta il criostato per il LAr. 

2. E’ iniziata la costruzione presso i LNGS del serbatoio dell’acqua. 

3. E’ proseguito lo sviluppo e test dei circuiti integrati ASIC CMOS per la lettura di front end 

dei rivelatori al germanio. 

4. E’ proseguito lo studio sperimentale sui rivelatori prototipo per caratterizzare 

principalmente la stabilita’ della correnete inversa in funzione di differenti geometrie e 

superfici di passivazione. 


C. Cattadori et al., The GERmanium Detector Array read-out: status and developments, 

Nucl. Instr. Meth. A 572 (2007) 479 

d) Sviluppo di scintillatori organici liquidi drogati con In, Gd, Yb, Nd 

Tale sviluppo, nato nell’ambito della fisica del neutrino, in collaborazione con l’INR di Mosca, si 

svolge presso i LNGS e ha lo scopo di creare bersagli di scintillatori organici liquidi radiopuri, 

otticamente stabili, della massa dell’ordine delle decine-centinaia di tonnellate, drogati in percentuali 

da 0.1% a 1% in Gd, al fine di realizzare bersagli per esperimenti su anti-neutrini (da reattore, da 

Supernova) su scala del MeV. 

1) Durante tutto il 2007 sono stati condotti i test di stabilità ed efficienza dei due rivelatori di 

LVD da 1.2 t ognuna drogati con il sale di Gd, sviluppato e sintetizzato nel corso del 

programma di R&D, ad una concentrazione finale di Gd di ca. 1 g/l. Le proprietà ottiche e 

di resa di luce dello scintillatore delle due tank sono state e sono tuttora monitorate, 

tramite misure di laboratorio su campioni estratti dalle tanks (3 campionature nel corso 

del 2006) e tramite misure “in-tank” di efficienza e tempo di cattura dei neutroni. Dal 



giugno 2006 le due tanks (una collocata ai Laboratori Esterni ed una nei Laboratori 

Sotterranei dei LNGS) sono state e sono periodicamente irraggiate con una debolissima 

sorgente di neutroni. Tutti i test condotti indicano la stabilità dello scintillatore, 

dimostrandolo adeguato per incrementare la sensibilità dell'esperimento ad un evento di 

Supernovae. I risultati sperimentali saranno pubblicati nel corso del 2008. 

Figura 2 La struttura della sale organico di Gd sviluppato e due campioni di scintillatore drogato con Gd (ca. 

1 g/l) 1 prodotto. 

2) E' iniziata la sperimentazione di R&D per il drogaggio con Nd di un volume di 5 ton di 

scintillatore liquido di Pseudocumene, alla volta di riutilizzare sempre nell'ambito della 

fisica del neutrino il rivelatore CTF (Counting Test Facility) di Borexino. In questa 

applicazione i parametri critici sono la colorazione, e quindi l'abbondanza delle righe di 

assorbanza, dell'elemento Nd e la sua radiopurezza. Sono stati prodotti 2 l di scintillatore 

drogato con una concentrazione di Nd di 6.5 g/l le cui prestazioni e stabilita’ saranno 

misurate nel 2008. 


ASTROFISICA 

Personale 

Boella Giuliano Professore Ordinario 

Bonometto Silvio Professore Ordinario 

Chincarini Guido Professore Ordinario 

Sironi Giorgio Professore Ordinario 

Colpi Monica Professore Associato 

Gavazzi Giuseppe Professore Associato 

Gervasi Massimo Professore Associato 

Sassi Giandomenico Professore Associato 

Zannoni Mario Ricercatore 

Baù Sandro Tecnico 

Passerini Andrea Tecnico 

Colombo Loris Assegnista 

Casarini Luciano Assegnista 

Guidorzi Cristiano Assegnista 

La Parola Valentino Assegnista 

Mainini Roberto Assegnista 

Tartari Andrea Assegnista 

Ospiti: 


Aldo Treves (Università dell'Insubria), Francesco Haardt (Università dell'Insubria) 

Borsisti: 

Michela Mapelli 


Bernadetta De Vecchi, Dino Pierluigi Fugazza, Antonio Enea Romano, Sebastiano Spinelli 

Dottorandi - Cotutela con IASF-INAF, Osservatorio di Brera, IFP-CNR: 

Alessandro Baldi, William Bin, Olga Cucciati, Giovanni Grossetti, Fabio Mattana, Ruben Mazzoleni, 

Alessandro Moro, Marcello Ravasio, Davide Rizzo, Sabrina Rossi. 

Dottorandi – Universita' di Pavia, inseriti nella Sez. INFN di Milano-Bicocca 

La Vacca Giuseppe 

Attività organizzativa e di coordinamento 

Incarichi interni all'Università: 

- Prof. Silvio Bonometto: Componente del Comitato d’Area delle Scienze Fisiche 

- Prof. Giogio Sironi: Vicedirettore di Dipartimento - Componente Commissione Grandi Attr. 

- Dr Mario Zannoni: Componente eletto della Giunta di Dipartimento 


Altri incarichi: 


- Prof. Monica Colpi: Componente del Consiglio Direttivo dell’Italian Society of General Relativity 

- Prof. Silvio Bonometto: Membro della giunta dell’International School for Astroparticle Physics; 

Membro del C.S. e del C.D. Di RIAA (Rete Interuniversitaria di Astronomia & Astrofisica) 

- Prof. Massimo Gervasi: Coordinatore del Gruppo di lavoro tematico “Cosmologia e Fisica 

Fondamentale” presso l’Agenzia Spaziale Italiana 

Ricerca 

La ricerca astrofisica in Bicocca copre diverse tematiche, dagli oggetti compatti ai 

GammyaRay Bursts, dalle galassie agli ammassi di galassie, alla astrofisica delle alte energie e dei 

raggi cosmici, alle astroparticles, alla cosmologia teorica ed osservativa. 

E’ inoltre sviluppata strumentazione per osservazioni dalle lunghezze d’onda radio alle 

lunghezze d’onda submillimetriche. 

Le osservazioni sono condotte sia dallo spazio che da terra. 

Le ricerche sono quasi tutte in collaborazione con istituti italiani e stranieri. 

Le principali attività sono: 

COSMOLOGIA SPERIMENTALE/OSSERVATIVA 

(a) Osservazioni della Radiazione Fossile a 3K: ricerca di proprietà fini (anisotropie spaziali, 

polarizzazione, distorsioni spettrali), dipendenza della temperatura da Z, effetto S-Z. Sviluppo di 

strumentazione avanzata per la ricerca di polarizzazione con osservazioni da terra e dallo spazio, 

nell’ambito di collaborazioni nazionali ed internazionali (progetti BRAIN, B-pol, Wcam). 

Realizzazione dello spettrometro per il programma SAGACE dell’ASI, per osservare effetto S-Z da 

ammassi, AGN e Galassie ad alto redshift. Sviluppo di rivelatori a basso rumore e radiometri per 

osservazioni cosmologiche ed astrofisiche a lunghezze d’onda millimetriche e sub-millimetriche. 

(b) Costruzione dello strumento robotico infrarosso/ottico REM (Rapid Eye Mount); studio 

dell' “afterglow di Gamma Ray Bursts”; Missione SWIFT. 

(c) Acquisizione ed interpretazione dei dati. 

COSMOLOGIA RELATIVISTICA 

GALASSIE 

(a) Studio della struttura cosmica su larga scala; Modelli cosmologici. 

(b) Dinamica dell'aggregazione delle sottostrutture; Simulazioni N-Body. 

(c) Radiazione cosmica fossile; Polarizzazione ed energia oscura. 

(a) Osservazione multibanda delle galassie nell'Universo Locale; Parametri strutturali; Storie 

di evoluzione stellare; Effetti di ambiente. 

(b) Dinamica delle Galassie Nane. 

ASTROFISICA DELLE ALTE ENERGIE 

(a) Fisica delle sorgenti relativistiche; Stelle di neutroni, pulsars, buchi neri. 

(b) Buchi neri e galassie; Dinamica e Cosmologia. 

(c) Osservazioni con satelliti per astronomia X; BeppoSAX, XMM, Chandra. 


Finanziamenti per la Ricerca: 

Fondi FAR (ex 60%) 

Fondi PRIN (COFIN) 

Fondi ASI 

Fondi CNR 

Fondi INFN 

Fondi ENEA/PNRA e CSNA 

Fondi FIRB 


1) Cosmologia - Gruppo Radio 

G. Boella, M. Gervasi, G. Sironi, A. Tartari, M. Zannoni, A. Passerini, S. Baù 

Ricerca di strutture fini della Radiazione Fossile a 3 K con osservazioni da terra e dallo spazio. 

Osservazioni astrofisiche a lunghezze dònda millimetriche e sub-millimetriche. 

Ricerche in corso: 

a) Polarizzazione della Radiazione a 3 K: 

- è in funzione alla Testa Grigia il Polarimetro a Correlazione a 33 GHz realizzato negli scorsi 

anni; 

- osservazioni con tecniche interferometriche dalla base antartica di Dome Concordia 

nell’ambito della collaborazione internazionale BRAIN; 

- partecipazione allo studio del progetto spaziale B-pol per la ricerca di modi B della 

polarizzazione ed individuare il fondo cosmologico di onde gravitazionali. 

b) Distorsioni nello spettro della Radiazione a 3 K; è stata completata l’analisi dei dati raccolti 

con lèsperimento TRIS (Insieme di tre radiometri assoluti operanti a 0.6, 0.82 e 2.5 GHz) e 

sviluppati metodi per la separazione delle componenti della radiazione diffusa; i lavori (quattro) 

sono stati sottoposti (ed accettati) per la publlicazione su ApJ. 

c) Astronomia a lunghezze millimetriche e sub-millimetriche: 

1) sviluppo di componentistica criogenica e messa a puntoi di una camera criogenica 

per test elettromagnetico degli stessi 

2)partecipazione allo studio di fase A per ASI per la realizzazione di SAGACE: satellite 

per spettroscopia sub millimetrica di oggetti extragalattici 

d) G. Gervasi partecipa alla ricerca di antimateria tra i Raggi Cosmici con lo strumento AMS 

pronto per essere installato sulla Stazione Spaziale. 

e) G.Sironi e A.Bau’ sono coinvolti nel funzionamento e sviluppo di nuova strumentazione 

per LABEX, laboratorio del Profgetto Lauree Scientifiche. 

Esperimenti in corso: 

1) Polarimetro di Milano (MiPol) 

2) SAGACE 

3) Esperimento BRAIN 

4) Studi per l’esperimento spaziale B-pol 


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

7) Laboratorio microonde 

Collaborazioni: 

IASF/INAF Milano 

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

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) 


Pubblicazioni apparse nel 2007 : 

1)GERVASI M, BANFI S, BOELLA G, PASSERINI A, NATALE V, SIRONI G., TARTARI A, 

ZANNONI M. (2007). Radiometers based on SIS mixers to measure SZ effect from galaxy clusters. 

NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 363-367 ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri 

Memorial Meeting - Rome June 2006. 

2)GERVASI M, BANFI S, BOELLA G, PASSERINI A, NATALE V, SIRONI G., TARTARI A, 

ZANNONI M. (2007). Radiometers based on SIS mixers to measure SZ effect from galaxy clusters. 

NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 363-367 ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri 

Memorial Meeting - Rome June 2006. 

3)SIRONI G., BOELLA G, GERVASI M, TARTARI A, ZANNONI M. (2007). The CMB spectrum: 

perspective of observing spectral distortions. NEW ASTRONOMY REVIEWS. vol. 51, pp. 406-410 

ISSN: 1387-6473. - Proc. F.Melchiorri Memorial meeeting - Rome June 2006. 

Componenti: 

Astrofisica & Cosmologia 

G. Chincarini 

• Il Prof. Guido Chincarini è il Principal Investigator italiano della collaborazione Swift; il 

gruppo ha carattere nazionale ed internazionale e ha un ruolo di primo piano nella ricerca sui 

Gamma Ray Bursts. 

Si elencano i collaboratori presenti dall’inizio del progetto: 

• Bicocca: Stefano Guidorzi (Post Doc), Patrizia Romano (Post Doc), Ruben Salvaterra (post 

doc) 

• Bicocca Studenti: Laura Di Gesu (tesina), Diletta Pagnoni (tesina), Francesco Pasotti (tesi 

di laurea), Raffaella Margutti (dottorato di ricerca) 

• INAF - OAB Swift Team - Milano 

• ASI SCIENCE DATA CENTER (ASDC) - ROMA ASI Ground Segment - Malindi 

• INAF, IASF Palermo 

• INAF – OAR Roma 



• Collaboratori Internazionali: NASA (Goddard Space Flight Centre) - USA, Penn State 

University - USA, University of Leicester UK - Los Alamos USA. 


• L’anno 2007 è caratterizzato dalla transizione tra il periodo delle scoperte iniziali dovute 

all’ottimo funzionamento del satellite Swift e dell’inizio della statistica attraverso la quale si pensa di 

capire la fisica e la cosmologia del fenomeno. 

Gli argomenti che saranno approfonditi nell’ambito del gruppo italiano sono: 

• Morfologia e fisica dei Flares. Meccanismo di emissione e attività del motore centrale. 

• Fisica ed energetica dei Gamma Ray Bursts - Curve di Luce. 

• Meccanismi di decadimento dell’emissione nelle diverse bande elettromagnetiche. 

• La funzione di luminosità. 

• Progenitori e galassie ospite. 

• Studio della riga ferro altamente ionizzato. 

• Statistica della variabilità nei raggi gamma. Sfasamento dei picchi in funzione dell’energia. 

• La distribuzione spettrale dai 150keV all’ottico. Implicazioni per i modelli di emissione e per 

i jet ultrarelativistici. 

Relazione di invito a congressi: 

• Sono elencati solamente gli inviti e relative partecipazioni a congressi del Prof. Guido 

Chincarini. 

Va tuttavia tenuto presente che vari componenti del team hanno avuto inviti analoghi. 

Inoltre, non sono elencate le conferenze per il pubblico: 

• SAIt Catania 

• Cefalu 

• Elba 

• Venice 2006 

• Bejing (China) - COSPAR 

• CfA - Smithsonian - Cambridge USA 

• Ithaca - Cornell University 

• Roma - ICRA 

Pubblicazioni (sono elencate solo una decina delle pubblicazioni realizzate nel 2007 dal Gruppo) 

1. 2007ApJ...671.1921F, Falcone, A. D.; Morris, D.; Racusin, J.; Chincarini, G.; Moretti, A.; 

Romano, P.; Burrows, D. N.; Pagani, C.; Stroh, M.; Grupe, D.; and 5 coauthors, The First 

Survey of X-Ray Flares from Gamma-Ray Bursts Observed by Swift: Spectral Properties 

and Energetics. 

2. 2007ApJ...671.1903C, Chincarini, G.; Moretti, A.; Romano, P.; Falcone, A. D.; Morris, D.; 

Racusin, J.; Campana, S.; Covino, S.; Guidorzi, C.; Tagliaferri, G.; and 18 coauthors, The 

First Survey of X-Ray Flares from Gamma-Ray Bursts Observed by Swift: Temporal 

Properties and Morphology 

3. 2007A&A...476.1219D, Dolcini, A.; Farfanelli, F.; Ciprini, S.; Treves, A.; Covino, S.; 

Tosti, G.; Pian, E.; Sbarufatti, B.; Molinari, E.; Chincarini, G.; and 16 coauthors, REM 

near-IR and optical multiband observations of PKS 2155-304 in 2005 

4. 2007A&A...474..815M, Margutti, R.; Chincarini, G.; Covino, S.; Tagliaferri, G.; 

Campana, S.; Della Valle, M.; Filippenko, A. V.; Fiore, F.; Foley, R.; Fugazza, D.; and 4 

coauthors; The host galaxy of GRB 031203: a new spectroscopic study 



5. 2007A&A...474..793G, Guidorzi, C.; Vergani, S. D.; Sazonov, S.; Covino, S.; Malesani, D.; 

Molkov, S.; Palazzi, E.; Romano, P.; Campana, S.; Chincarini, G.; and 23 coauthors, GRB 

070311: a direct link between the prompt emission and the afterglow 

6. 2007MNRAS.380L..45S, Salvaterra, R.; Campana, S.; Chincarini, G.; Tagliaferri, G.; 

Covino, S.; On the detection of very high redshift gamma-ray bursts with Swift 

7. 2007ApJ...665..599T, Troja, E.; Cusumano, G.; O'Brien, P. T.; Zhang, B.; Sbarufatti, B.; 

Mangano, V.; Willingale, R.; Chincarini, G.; Osborne, J. P.; Marshall, F. E.; and 15 

coauthors; Swift Observations of GRB 070110: An Extraordinary X-Ray Afterglow 

Powered by the Central Engine 

8. 2007A&A...467..629D,D'Elia, V.; Fiore, F.; Meurs, E. J. A.; Chincarini, G.; Melandri, A.; 

Norci, L.; Pellizza, L.; Perna, R.; Piranomonte, S.; Sbordone, L.; and 37 coauthors; 

UVES/VLT high resolution spectroscopy of GRB 050730 afterglow: probing the features of 

the GRB environment 

9. 2007ApJ...656L..49S, Salvaterra, R.; Chincarini, G.; The Gamma-Ray Burst Luminosity 

Function in the Light of the Swift 2 Year Data 

10. 2007A&A...462...73C, Cusumano, G.; Mangano, V.; Chincarini, G.; Panaitescu, A.; 

Burrows, D. N.; La Parola, V.; Sakamoto, T.; Campana, S.; Mineo, T.; Tagliaferri, G.; and 

23 coauthors; Swift observations of GRB 050904: the most distant cosmic explosion ever 

observed 

Cosmologia relativistica 

S.A. Bonometto 

Le attivita' di ricerca di cosmologia e fisica astroparticellare sono state centrate sulla fisica delle 

componenti oscure del cosmo, che e' certo uno dei problemi piu' importanti e piu' aperti nella ricerca 

contemporanea, forse quello nel cui ambito si prospettano i maggiori sviluppi nei prossimi decenni. 

I dati osservativi e sperimentali su cui si e' elaborato negli ultimianni, in questo campo, provengono 

principalmente dallo studio del CMB-specialmente per quanto concerne le sue anisotropie e 

polarizzazione-, dei campioni profondi di galassie, della struttura e distribuzione degli ammassi di 

galassie e dallo studio di candele standard come le SNIa. 

Di straordinaria importanza si prospettano invece le analisi dello shear cosmico, in relazione a 

esperimenti di weak lensing (WL) tomografico, e ovviamente anche le ricerche sul lensing forte. 

In questo campo gli strumenti di ricerca elaborati a Milano-Bicocca sono stati principalmente di 

carattere analitico e numerico. Ma la relazione tra aspetti teorico-numerici e sperimentali, in un 

campo in rapida evoluzione come questo, e' intensa e necessaria. 

Simulazioni N-body 

Riandando ai risultati raggiunti in questi anni, un ruolo molto importante e' coperto dalle simulazioni 

numeriche n-body. 

A questo proposito e' essenziale sottolineare che altri centri internazionali dispongono delle 

capacita' numeriche per sviluppare codici e gestire simulazioni basate su RAM e velocita' elevate. 

I nostri riaultati non si caratterizzano quindi per trovarsi alla frontiera nelle capacita' di calcolo, ma 

per l'originalita' e la novita' delle idee-guida. 



In particolare si sono realizzate a Milano-Bicocca le prime simulazioni n-body con DE dinamica e le 

(sinora) uniche simulazioni con DE e DM accoppiate. Sara' illustrata in calce l'importanza di queste 

simulazioni al fine di condurre in porto progetti di vasto respiro sperimentale. Per brevita' saranno 

tralasciati qui irisulattai ottenuti in dettaglio e il relatiovo impatto suvarie problematiche, come 

l'evoluzione della funzione di massadegli ammassi e dei gruppi, l'abbondanza di satelliti di 

piccolascala, la formazione di oggetti primevi. 

Queste ricerche sono state condotte anche in collaborazione con vari gruppi internazionali. 

Ricordo in particolare le collaborazioni con A.Klypin (NMSU), J.Primack (UCSC), S.Gottloeber 

(AIP). 

Un contributo essenziale al raggiungimento di questi risultati e' anche stato dato da giovani 

collaboratori, taluni dei quali hanno poi trovato una posizione in altre istituzioni internazionali. 

Ricordo in particolare Andrea Maccio' (MPIA, Heidelberg) e Roberto Mainini (Oslo). 

* Analisi di dati CMB * 

Anche in collaborazione col "gruppo radio" locale, si sono portate avanti ricerche in preparazione 

dell'analisi di dati di anisotropia e polarizzazione del CMB. Ricordo a questo proposito la 

partecipazione al progetto SPOrt, inopportunamente interrotto, e la partecipazione alla 

preparazione dell'esperimento BPol, nel cui ambito e' attiva una collaborazione, quidata da 

deBernardis, che vede MIB collaborare con varie istituzioni, tra cui quelle di PD, TS, etc. 

Anche in questo campo un contributo essenziale e' stato dato da giovani ricercatori, ricordo in 

particolare Loris Colombo, attualmente a USC, dove collabora con la prof. Elena Pierpaoli. 

* Modelli delle componenti oscure * 

Nell'ambito della ricerca qui condotta si e' anche approfondita l'analisi teorica delle componenti 

oscure. In particolare si e' proposto e analizzato un modello che generalizza l'idea di DM dovuta 

ad assioni a suggerisce che lo stesso campo scalare che permette di risolvere il problema della 

CP forte, dia luogo sia a DM (con le sue oscillazioni angolari) che a DE, col suo lento moto radiale. 

Il modello, che conduce a DM e DE accoppiate, ha avuto vasta risonanza internazionale, anche se 

i dati piu' recenti sembrano contraddire alcune sue previsioni, nella forma attuale. 

Non va dimenticato il contributo dato in questo campo da RobertoMainini. 

* Inserimento in progetti sperimentali * 

Negli ultimi mesi ha avuto particolare risonanza il call per i piccoli progetti ESA. In questo contesto 

abbiamo partecipato al lavoro preparatorio sia per BPol che per DUNE. 

Com'e' noto, DUNE e' tra i progetti approvati da ESA, col suggerimento di "merging" con SPACE. 

Infatti entrambi i progetti mirano alla messa in orbita di un satellite con determinate caratteristiche 

e la dialettica ora in corso mira a portare le specifiche dello strumento a meglio coprire le esigenze 

del progetto DUNE o del progetto SPACE. 

In quest'ambito stiamo collaborando con Luca Amendola e Roberto Scaramella, fornendo 

materiale da usare nelle discussioni in progress, al fine di stabilire se e fino a che punto dati 

ricavabili da campioni profondi in IR e/o dalle SN e/o da WL, saranno di maggiore significanza per 

individuare l'equazione di stato della DE. 



Al fine della preparazione e dell'analisi di questi esperimenti risultano necessarie la preparazione 

di codici n-body ed idrodinamici 

evoluti, che siano in grado di prevedere il comportamento di modelli 

in cui la DE assuma le varie forme prospettabili a livello teorico. 

E' con un certo disappunto che debbo notare come le capacita' maturate 

in questo campo da MIB siano andate parzialmente disperse, vista 

l'indisponibilita' di risorse atte a trovare sinora collocamento a 

giovani, ed oggi altri gruppi mirino a ricostruire quegli stessi 

algoritmi che noi abbiamo messi all'opera negli ultimi 3-5 anni. 

In parallelo credo importante sottolineare il contributo che stanno dando in quest'ambito Giuseppe 

La Vacca (dottorando di PV, membro della Sez INFN di MIB) e Luciano Casarini (AdR di MIB) 

sebbene si tratti di ragazzi molto giovani che necessiterebbero della collaborazione anche con 

personale di eta' intermedia. 

* Finanziamenti e collaborazioni * 

Gran parte delle risorse su cui si sono basate sinora le suddette ricerche sono state generate 

nell'ambito di un progetto PRIN, di cui sono stati Coordinatori Nazionali, prima Gianluigi Fogli (BA), 

poi Antonio Masiero (PD). 

Le ricerche stesse sono anche finanziate da INFN, nell'ambito della attivita' del GIV, tramite l'IS 

FA51. 

In entrambe le collaborazioni sono presenti gruppi di Padova, Torino, Trieste, Napoli-Salerno, Bari, 

Ferrara, LNGS, OssAs Roma, etc. 

Inoltre e' gia' attivo il canale di finanziamento legato al progetto COFIS di ASI e si prospetta a 

breve un finanziamento in relazione lla partecipazione al progetto DUNE. 

Il gruppo e' anche inserito nella attivita' astroparticellari di ISAPP e IDAPP, guidate da Gianpaolo 

Bellini e Gianni Fiorentini, per cui diamo il ns contributo alla preparazione di scuole di dottorato 

europee e all'internazionalizzazione del dottorato in fisica e astronomia di MIB. 

* Alcune prospettive tecniche * 

Vanno sottolineate qui le potenzialita' legate a una piu' fattiva collaborazione al progetto DUNE- 

SPACE ora EUCLID, da cui e' ragionevole attendersi a breve la possibilita' di accendere posti di 

dottorato e borse post-doc a quotazioni internazionali. 

Tutto cio' non puo' peraltro venire da solo; si richiedono urgentemente nuove risorse a l'arrivo di 

nuova forza lavoro. 

Pubblicazioni 

1. Luca Vergani, Loris P.L. Colombo, Giuseppe La Vacca, Silvio A. Bonometto; 

arXiv:0804.0285, submitted to Astroph.J. 

{Dark Matter-Dark Energy coupling biasing parameter estimates from CMB data} 

2. Giuseppe La Vacca & Loris Colombo; JCAP 04 (2008) 007 

{Gravitational Lensing Constraints on Dynamical and Coupled Dark Energy} 



3. Silvio Bonometto, Roberto Mainini; proceedings of PASCOS 2007, 2-7 

July, London {Suppression of Meszaros' Effect in coupled DE} 

4. Mainini Roberto, Silvio Bonometto; JCAP 09, 017 (2007). { Dark 

Matter & Dark Energy from a single scalar field: CMB spectrum and 

matter transfer function} 

5. Roberto Mainini, Silvio Bonometto, JCAP 06 (2007) 30 

{Limits on coupling between dark components}The 

6. Silvio A. Bonometto, Luciano Casarini, Loris P.L. Colombo, Roberto 

Mainini; arXiv:0612672 { Cosmologies with dynamical and coupled Dark 

Energy vs. CMB data} 

7. Roberto Mainini, Loris Colombo, Silvio Bonometto; Proceeding of 

the workshop dsu2006, "The Dark Side of th Universe", Madrid, June 

20-24, 2006 {Dark Matter, Dark Energy and the solution of the strong 

CP problem} 

8. S.A. Bonometto, R. Mainini, L.P.L. Colombo; Proceedings of the 

workshop dsu2006, "The dark side of the Universe", Madrid, June 20-24, 

2006, {The Dark Side and its Nature} 

9. Giandomenico Sassi, Silvio Bonometto, New Astron. 12 (2007) 353-355 

{Tracking through equality} 

10. Roberto Mainini, Silvio Bonometto; Phys.Rev. D74 (2006) 043504 

{Mass functions in coupled Dark Energy models} 

4) Galassie e Oggetti Compatti 

a) Giuseppe Gavazzi 

- 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 


a) Nel 2007 sono proseguite le campagne osservative fotometriche e spettrofotometriche (di 

respiro decennale) di un campione di circa 3000 galassie nell'ammasso della Vergine e nella 

regione del super-ammasso di Coma. La fotometria è stata effettuata nel lontano infrarosso 

(polveri), nel vicino infrarosso (stelle vecchie), nelle bande visibili (B e V) e nella riga di Balmer 

H_alpha (stelle giovani).La spettrofotometria copre il visibile da 3500 a 7000 Angstrom. Dalle 



osservazioni fotometriche sono ricavati i parametri strutturali che permettono di effettuare una 

classificazione oggettiva delle galassie (ad es. raggio effettivo, brillanza superficiale, indice di 

concentrazione della luce). Tali studi cercano di porre dei vincoli osservativi alle teorie di 

formazione delle galassie, con particolare attenzione alle galassie nane. 

b) Determinazione della storia di formazione stellare: i modelli di sintesi di popolazione 

stellare permettono di generare distribuzioni spettrali di energia di popolazioni stellari di età nota. 

Confrontando queste con i dati osservativi si procede alla 'datazione' delle popolazioni medie delle 

galassie. Più precisamente, questo metodo consente di verificare quale storia di formazione 

stellare sia consistente con i dati osservativi. Galassie ellittiche giganti sono consistenti con un 

unico evento di formazione stellare avvenuto una decina di miliardi di anni fa. Al contrario, le 

galassie a spirale e le irregolari mostrano eventi di formazione stellare diluiti nel tempo. Queste 

indagini hanno un’ovvia ricaduta cosmologica in quanto permettono di verificare se gli attuali 

modelli di formazione ed evoluzione delle galassie sono coerenti con la storia di formazione 

stellare delle galassie locali. 

c) Influenza dell'ambiente: il confronto tra dati osservativi di galassie d'ammasso e isolate 

permette di studiare l'influenza dell'ambiente sulla storia evolutiva delle galassie, analizzando il 

loro contenuto gassoso e la loro attività di formazione stellare. Le interazioni mareali con le altre 

galassie dell'ammasso e la pressione esercitata dal gas denso e caldo intrappolato nella buca di 

potenziale degli ammassi diminuiscono il contenuto di gas neutro delle galassie, riducendone 

l'attività di formazione stellare. Tuttavia non è ancora chiaro se questi processi portino 

esclusivamente ad una monotona decrescita della formazione stellare o se siano anche in grado 

di accendere dei brevi 'burst' di formazione di nuove stelle. Recenti osservazioni sembrano 

avvallare la seconda ipotesi, ma ulteriori indagini sono in svolgimento per poter far luce sul reale 

ruolo svolto dall'ambiente sull'evoluzione delle galassie d'ammasso. 

L'AMMASSO DELLA VERGINE grazie alla sua vicinanza, costituisce il laboratorio ideale per 

verificare gli scenari di cui al punto c), soprattutto per quanto riguarda le galassie nane. G. 

Gavazzi e' membro di diverse collaborazioni internazionali che si prefiggono di far compiere alla 

nostra conoscenza dell'ammasso della Vergine un salto di qualita'. Dal 2005 fa parte di ALFALFA 

(P.I. R. Giovanelli) che sta completando con il radiotelescopio di Arecibo la prima survey a 21 cm 

di 7000 gradi quadrati di cielo dell'emisfero settentrionale, fornendo il primo censimento completo 

dell'idrogeno atomico nell'ammasso. 

Dal 2007 e' membro di NGVS (Next Generation Virgo Cluster Survey) (PI L. Ferrarese) che 

ha in programma di osservare in 5 anni e in 5 bande ottiche l'intero ammasso col telescopio CFHT 

di 3.6m. G. Gavazzi ha altresi' accesso alla survey infrarossa UKIDSS di Virgo, condotta con il 

telescopio UKIRT di 3.6m, ed e' cofirmatario del Herschel open time proposal ''Herschel Virgo 

Cluster Survey'' (PI J. Davies) al quale sono state allocate 286 ore di osservazione col satellite 

infrarosso Herschel di cui e' imminente il lancio. 


IASF/INAF Milano 

Laboratoire de Astrophysique de Marseille, France 

NRC Herzberg Institute of Astrophysics, Canada 

University of Cardiff, England 

Cornell University, USA 

Pubblicazioni 



1. G. Trinchieri, L. Giordano, L. Cortese, A. Wolter, M. Colpi, G. Gavazzi, L. Mayer “THE TRAIL OF 

DISCRETE X-RAY SOURCES IN THE EARLY-TYPE GALAXY NGC 4261: ANISOTROPY IN THE 

GLOBULAR CLUSTER DISTRIBUTION” 

2. Decarli, R., Gavazzi G., Arosio, I., Cortese L. , Boselli A., Bonfanti, C., Colpi, M., 

"The census of nuclear activity of late-type galaxies in the Virgo cluster" 

2007, MNRAS, 381, 136. 

3. S. di Serego Alighieri, G. Gavazzi, C. Giovanardi, R. Giovanelli, M. Grossi, M. P. Haynes, B. R. 

Kent, R. A. Koopmann, S. Pellegrini, M. Scodeggio, G. Trinchieri, 

The HI content of Early-Type Galaxies from the ALFALFA survey I. Catalogued HI sources in the 

Virgo cluster, 2007, A&A, 474, 851. 

b) Monica Colpi 

- Stelle di neutroni: interpretazione della fenomenologia (pulsar, AXPs, magnetar) 

- Sorgenti ULX 

- Dinamica di buchi neri di massa intermedia in ammassi globulari 

- Dinamica di buchi neri supermassivi in galassie in interazione: simulazioni SPH/N-body 

- Fenomeni dinamici in galassie in interazione 

- Astrofisica con LISA 


Nell'anno 2007 la ricerca si è sviluppata principalmente lungo tematiche riguardanti (i) lo studio di 

fenomeni dinamici in ambito stellare ed in ambito cosmologico; (ii) studio di emissione di alta 

energia da sorgenti X compatte: 

a) La dinamica di pulsar e buchi neri in ammassi globulari 

b) Studio di sorgenti X ultraluminose in galassie in interazione (Cartwheel) 

c) Studio dell'evoluzione dinamica di buchi neri supermassivi in ambito cosmologico 

d) Buchi neri e il progetto LISA per la rivelazione di onde gravitazionali 

Book: 

Physics of Relativistic Objects in Compact Binaries: From Birth to Coalescence 

Ed by Colpi 

Springer Verlag 

Organizzazione Congresso LISA: LISA ASTRO-GR@Como-Milano 


Sissa 


Dipartimento di Fisica di Padova 

Osservatori Astronomici di Brera, Bologna, Roma 

Cornell University 

Washington University at Seattle 

Institut of Astrophysics at Potsdam, Berlin 

University of Zurich 

ETH, Zurich 

Pubblicazioni con Referee 


1.Decarli, R.; Gavazzi, G.; Arosio, I.; Cortese, L.; Boselli, A.; Bonfanti, C.; Colpi, M. 

The census of nuclear activity of late-type galaxies in the Virgo cluster, MNRAS 2007, 

381,136 

2.Devecchi, B.; Colpi, M.; Mapelli, M.; Possenti, A. 

Millisecond pulsars around intermediate-mass black holes in globular clusters, MNRAS, 

2007, 380, 961 

3. Dotti, M.; Colpi, M.; Haardt, F.; Mayer, L. 

Supermassive black hole binaries in gaseous and stellar circumnuclear discs: orbital 

dynamics and gas accretion, MNRAS, 2007, 379, 956 

4. Mayer, L.; Kazantzidis, S.; Madau, P.; Colpi, M.; Quinn, T.; Wadsley, J. 

Rapid Formation of Supermassive Black Hole Binaries in Galaxy Mergers with Gas, 

SCIENCE, 2007, 316, 1874 

5) Relativita' generale e Astrofisica 

Giandomenico Sassi 

1. Metrica di Kerr per lo studio di oggetti astrofisici 

2. Effetti estremi all'orizzonte dei buchi neri come possibile sorgente dei GRB's 

3. Modifica delle geodetiche del collasso gravitazionale con introduzione del CMB nella metrica di 

Schwarzschild 

Pubblicazioni: G.D. Sassi, S.A. Bonometto – NewAstr. 12, 353 (2007) 

(Tracking through equality) 


PLASMI 

Personale 


Prof. Marcello Fontanesi professore ordinario Unimib 

Prof. Giuseppe Gorini professore associato Unimib 

Prof. Claudia Riccardi professore associato Unimib 

Dr. Ruggero Barni ricercatore Unimib 

Dr. Eduardo Roman ricercatore a tempo determinato Unimib 

Sig. Moreno Piselli tecnico universitario Unimib 

Sig. Alessandro Mietner tecnico universitario Unimib 

Sig. Giovanni Posadinu amministrazione, collaboratore Unimib 

Dr. Marco Tardocchi ricercatore CNR-INFM con comando presso CNISM 

Dr. Fabrizio Croccolo collaboratore di ricerca Unimib 

Dr. Enrico Perelli Cippo collaboratore di ricerca Unimib 

Dr. Roberta Cattaneo Trissino da Lodi collaboratore di ricerca Unimib 

Dr. Stefano Zanini collaboratore di ricerca Unimib 

Dr. Massimo Montalti collaboratore di ricerca Unimib 

Dr. Riccardo Siliprandi dottorando in Fisica 

Dr. Simone Magni dottorando in Scienze dei Materiali in cotutela 

Dr. Roberto Ziano dottorando in Fisica 

Dr. Marco Colombo dottorando in Fisica 

Dr. Igor Proverbio dottorando in Fisica 

Dr. Flora Ognissanto dottorando in Fisica 

Dr. Elisa Grimoldi collaboratore Unimib 

Dr. Marco Mancin collaboratore Unimib 

Dr. Paola Esena collaboratore Unimib 

Dr. Claudia Colombo collaboratore Unimib 


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. Claudia Riccardi 

Coordinatrice della Laurea Triennale in Fisica 

Membro eletto della Giunta di Dipartimento. 

Responsabile scientifico del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo 



Membro della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano Bicocca 

Membro della Commissione Brevetti e Spin-Off dell’Università di Milano Bicocca 

Adjunct professor at the University of Tromso (Norvegia) 

- Prof. Giuseppe Gorini 

Coordinatore del progetto europeo Ancient Charm 

Coordinatore di Facoltà del programma Socrates. 

Membro della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano Bicocca 

Collaboratore scientifico dell’Istituto di Fisica del Plasma “Piero Caldirola” del CNR 

Ricerca 

Sono attive cinque linee di ricerca principali: 

1) Turbolenza nei plasmi magnetizzati: 

Studio sperimentale della turbolenza in plasmi di laboratorio. Attività sulla macchina toroidale a 

plasma semplicemente magnetizzato Thorello del Centro di Eccellenza PlasmaPrometeo e 

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) Plasmi per la fusione termonucleare e spettroscopia neutronica: 

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 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. Tali spettrometri, basati su 

scintillatori inorganici veloci, si propongono di migliorare i sistemi esistenti attualmente al JET sotto 

il punto di vista dell’efficienza di rivelazione, della risoluzione energetica e della capacità conteggio. 

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 finanziati dalla 

Commissione Europea. Il primo, denominato TECHNI, ha portato allo sviluppo di un rivelatore di 

neutroni epitermici di nuova concezione denominato rivelatore risonante. Il secondo progetto, che 

si è concluso nell’autunno del 2008, è denominato e.VERDI. Tra gli obiettivi raggiunti in questo 

progetto vi è la realizzazione di un rivelatore risonante di neutroni epitermici per diffusione a piccoli 

angoli. Il rivelatore, denominato VLAD, è stato inaugurato nel dicembre 2005 presso la sorgente di 

neutroni ISIS. Con VLAD si può accedere ad una regione dello spazio dei parametri di diffusione 

(energia ed impulso trasferiti) del tutto nuova con promettenti applicazioni quali lo studio delle 

relazioni di dispersione nei materiali magnetici. 

5) E’ infine di recente approvazione il progetto Ancient Charm. 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 utilizzeranno le 

risonanze neutroniche per determinare la mappa tridimensionale della composizione elementare di 

oggetti di interesse archeologico o artistico. Il progetto è attualmente al suo secondo anno di vita. 

Le competenze di Milano-Bicocca sono, oltre al coordinamento dell’intero progettto, nella 

simulazione e progettazione dei nuovi sistemi d rivelazione. 


Laboratori 

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 la nobilitazione a secco delle 

pelli. 

Reattore PlasmaLeather Reattore a plasma atmosferico 

- 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. 



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 PlasmaJET 

- 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 



Collaborazioni 

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) 

Joint European Torus, (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) 


Pubblicazioni e brevetti 


1) “Experimental study of hydrophobic/hydrophilic transition in SF6 plasma interaction with polymer 

surfaces" 

R.Barni, S.Zanini, D. Beretta, C.Riccardi 

European Physical Journal - Applied Physics 38, 263-268 (2007). 

2) “Polyethylene Glycol grafting on Polypropylene membranes for anti-fouling properties”, 

S.Zanini, M.Muller, C.Riccardi, M.Orlandi 

Plasma Chemistry and Plasma Processing 27, 446-457 (2007). 

3) “Diagnostics of RF reactive plasmas” 

R.Barni, S.Zanini, C.Riccardi 

Vacuum 82, 217-219 (2007). 

4) “Characterisation of SiOxCyHz thin films deposited by low temperature PECVD” 

S.Zanini, C.Riccardi, M.Orlandi, E.Grimoldi 


5) “Plasma processing for surface optical modification of PET films”, 

P.Esena, S.Zanini, C.Riccardi 


6) “FIB/SEM characterization of carbon-based fibers”, 

S. Magni, M. Milani, C. Riccardi, F. Tatti, 

Scanning 29, 185-195 (2007). 

7) "Anomalous fluctuations in the simple magnetized plasma devices Thorello and Blaamann", 

C.Riccardi, R.Barni, H.E.Roman, A.Fredriksen 

Chapter in "Anomalous Fluctuations Phenomena in Complex Systems: Plasmas, Fluids and 

Financial Markets", C.Riccardi and H.E.Roman Eds. - Transworld Research Network - Kerala India 

(2007) [ISBN:978-81-7895-297-0] 

8) "Anomalous transport in turbulent magnetized plasmas through fluctuating ExB drift", 

R.Barni, C.Riccardi, T.Pierre 

Chapter in "Anomalous Fluctuations Phenomena in Complex Systems: Plasmas, Fluids and 

Financial Markets", C.Riccardi and H.E.Roman Eds. - Transworld Research Network - Kerala India 

(2007) [ISBN:978-81-7895-297-0] 

9) “Atmospheric pressure plasma deposition of organosilicon thin films” 

R.Siliprandi, R.Barni, S.Zanini, C.Riccardi 

in Proceedings of the 3 rd International Congress on Cold Atmospheric Pressure Plasmas: Sources 

and Applications, p.151-154 (2007). 

10) “Statistical characterization of atmospheric pressure dielectric barrier discharge” 

R.Siliprandi, H.E.Roman, R.Barni, C.Riccardi 

in Proceedings of the 3 rd International Congress on Cold Atmospheric Pressure Plasmas: Sources 

and Applications, p.155-158 (2007). 

11) “Mirror effect with a focused ion beam microscope” 

F.Croccolo, M.Milani, C.Riccardi 



in Proceedings of the 8 th Multinational Congress on Microscopy, M1-3 (2007). [ISBN 978-80-239- 

9397-4 ] 

12) “A New Hardware/Software Platform and a New 1/E Neutron Source for Soft Error Studies: 

Testing FPGAs at the ISIS Facility” 

M. Violante, L. Sterpone, A. Manuzzato, S. Gerardin, P. Rech, M. Bagatin, A. Paccagnella, C. 

Andreani, G. Gorini, A. Pietropaolo, G. Cardarilli, S. Pontarelli, and C. Frost 

IEEE Transactions on Nuclear Science 54, 1184-1189 (2007) 

13) “Ancient Charm: A research project for neutron-based investigation of cultural-heritage objects” 

G. Gorini, 

Il Nuovo Cimento C 30, 47-58 (2007). 

b1) “Metodo di lavorazione a plasma atmosferico per il trattamento dei materiali” 

inventori: C.Riccardi, P.Esena, R.Barni, R.Siliprandi 

Domanda brevetto italiano MI-2007A000350 del 23-2-2007, autorizzata l’estensione all’estero 

(PCT) il 7/2/2008. 


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. Cofinanziamento Regione Lombardia per la Promozione dell’ Eccellenza nei Meta-distretti 

Industriali della Lombardia, Progetto “NOBILITAS CORI” Rete di Eccellenza per l’uso della pelle nel 

mondo della moda, progetto per la realizzazione di una sorgente a plasma per il trattamento delle 

pelli per impartire effetti decorativi. 

Responsabile Prof. C.Riccardi, 200 kEuro 

3. Cofinanziamento Regione Lombardia per la Promozione dell’ Eccellenza nei Meta-distretti 

Industriali della Lombardia, Progetto “Trattamento al plasma dei materiali tessili: sviluppo di un 

processo e di un impianto per il trattamento a plasma di materiali tessili”, progetto per lo sviluppo di 

un prototipo per il tessile. 


4. Progetto Europeo Craft "MESH: Integrated Wastewater Treatment Process using Mesh Filter 

Modules for Direct Activated Sludge Separation ", COOP-CT-2006-033049, 2006- 2008. 

Responsabile locale Prof. C.Riccardi, 100 kEuro. 

5. Cofinanziamento Regione Lombardia, progetto FESR, Misura 1.9 Animazione Economica. 

Titolo: TIMaT Tecnologie Innovative per i Materiali Tessili 


6. Cofinanziamento Regione Lombardia, progetto FESR, Misura 1.9 Animazione Economica. Titolo: 

Network Permanente per l’Innovazione e il trasferimento tecnologico nei settori cartario e 

cartotecnico NePI” 

Coordinatore del progetto: Unimib, responsabile Prof. C.Riccardi, 100 kEuro 

7. 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. 

8. Ministero per l’università e la ricerca, Fondo Giovani, finanziamento di una borsa di dottorato di 

ricerca in fisica e astronomia nel settore: Risparmio energetico e microgenerazione distribuita. 

Tutore: Prof. C.Riccardi. 

9. Accordo di collaborazione con il Lithuanian Energy Institute (LEI) di Kaunas. L’accordo prevede 

una collaborazione di ricerca quinquennale nell’ambito “Plasma research and technology”. 

L’accordo prevede attività di ricerca congiunte, riguardanti lo studio, la caratterizzazione e 

l’applicazione di processi di deposizione di ossido di titanio. Responsabile scientifico: Prof. 

Riccardi. 

10. Fondo di ateneo per la ricerca, Progetti di ricerca 2007 

Titolo: Fisica e diagnostica dei plasmi 

Responsabile Prof. M. Fontanesi, 15 keuro 

11. 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. 



12. tramite IFP-CNR, Contratto JET-EP2 (01/10/2005-31/12/2008) per la spettroscopia gamma dei 

plasmi termonucleari: 

Project leader Prof. G.Gorini, 500.000 € complessivi. 

13. Ministero per il Commercio Internazionale, Cofinanziamento di studi di fattibilità dell’Istituto 

Nazionale per il Commercio Estero ICE, Misura B, prot. B54 del 3/8/07, “Nanotechnologies for new 

properties of silk”, in collaborazione con il Fast Neutron Research Facility (FNRF), Department of 

Physics, Chiang Mai University 

per la modificazione permanente dei materiali serici per impartire proprietà di idrorepellenza e 

antibatteriche con trattamenti a plasma di gas fluorurati e di silossani. Responsabile scientifico: Prof. 

C.Riccardi, Importo: € 90.000. 

14. Fondazione Cariplo - BANDO FONDAZIONECARIPLO 2006, progetto 2006.0679/10.6492, 

“Processi di funzionalizzazione di polimeri per la modifica della biocompatibilità e dell’adesione di 

proteine” con Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze 

UNIMIB e Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica UNIMI. Progetto per lo sviluppo di 

nuove tecnologie per migliorare le caratteristiche di biocompatibilità e di filtrazione dei materiali 

polimerici utilizzati nel settore del biomedicale e della microfiltrazione. 

Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi, Importo: € 210.000 

15. 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 

Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi 

16. Progetto Giovani-2005 del Consiglio Nazionale delle Ricerche, prot. 1157/817. 

Titolo: “Analisi economico-tecnologico-organizzativa del settore serico comasco: studio per la 

creazione di un network permanente per l’innovazione a support della competitività nei mercati 

globali” 

Responsabile scientifico: Prof. C.Riccardi, Importo: € 11.600 


LASER E PLASMI 

Personale 


Batani Dimitri Professore Associato 

Lucchini Gianni Ricercatore 

Galassi Galassi Tecnico Laureato 

Benocci Roberto Tecnico 

Dezulian Riccardo Dottorando 

Redaelli Renato Dottorando 

Stabile Helisa Dottoranda in cotutela - CEA Saclay, Francia 

Manclossi Mauro Dottorando in cotutela - Ecole Polytechnique, Francia 

Canova Federico Dottorando in cotutela - Ecole Polytechnique, Francia 

Desai Tara Visiting Researcher - NRIAM, Bangalore, India 

Kumar Uday Borsista MIUR giovani ricercatori indiani 2005 

Venkatakrishnan Narayanan Borsista MIUR giovani ricercatori indiani 2005 

Aboutrab Aliverdiev Visiting Researcher - RAS, Dagesthan, Russia 

Levchenkho Alexey Visiting Researcher - Lebedev Institute, Mosca, Russia 

Chernomyrdin Vassilij Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia 

Vovchenkho Vladimir Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia 

Stuchebryukhov Igor Visiting Researcher - Gen.Phys.Inst, RAS, Mosca, Russia 

Flacco Alessandro Collaboratore esterno - Dottorando Unimi 


Incarichi interni all'Università: 

- Prof. Dimitri Batani: 

Responsabile Socrates/Erasmus per i Corsi di laurea in Fisica e in Ottica ed Optometria 

Componente della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano - Bicocca 

Tecnico Sicurezza Laser nominato dal Rettore 

- Dr. Gianni Lucchini: 

Componente della Scuola di Dottorato in Fisica, Università di Milano - Bicocca 

Altri incarichi: 

- Prof. Dimitri Batani 

. Rappresentante degli Utenti nella Infrastruttura Europea LaserLAB (6° Programma 

Quadro) 

. Vice chairman dell’azione COST P14 “ULTRA” 

. Componente eletto del Board della Divisione di Fisica dei Plasmi della European 

Physical Society (EPS) 

. Componente del Comitato Scientifico Internazionale della Central laser facility del 

Rutherford Appleton laboratory (UK) 

. Coordinatore internazionale del progetto INTAS 01-846 “Laser-driven shock tube for generation of 

hypersonic gas flows and investigation of hydrodynamic instabilities at contact interfaces” 

. Referee per Ie riviste scientifiche: Physical Review Letters, Physical Review, Physics of Plasmas, 

European Physical Journal, Laser and Particle Beams, Optics Communications, Journal of Physics, 

Physica Scripta, Laser and Particle Beams 



. Referee di progetti per organizzazioni scientifiche internazionali (INTAS, ESF, Accademia delle 

Scienze Ceca, Consiglio delle Ricerche di Israele, Accademia delle Scienze Serba) e per Grandi 

Infrastrutture Europee (LASERLAB) 

Ricerca 

Il gruppo fa parte della linea “Fisica dei Plasmi” operante presso il Dipartimento di Fisica 

“G. Occhialini” e si occupa in particolare di plasmi prodotti da laser, di sviluppo e applicazione di 

sistemi laser, di applicazioni dei plasmi anche a livello industriale.Le attività sperimentali sono 

condotte sia presso grandi facility laser europee, sia presso la nostra università, dove ruotano 

attorno a due laboratori laser (rispettivamente posti al piano +2 ed al piano interrato –2 del 

Dipartimento di Fisica, edificio U2) e presso il Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma 

(LAIP), sito al piano +2.Le attività svolte presso i laboratori europei (Large Facilities) riguardano da 

una parte le interazioni laser materia in regime relativistico e dall’altra lo studio dell’idrodinamica di 

plasmi prodotti da laser, delle onde d’urto (shock) prodotte da laser e la fisica dei materiali a 

fortissime pressioni. 

a) Idrodinamica in plasmi prodotti da laser, shock e fisica dei materiali a fortissime pressioni 

Nelle interazioni laser-plasmi si possono produrre e studiare onde d'urto, utilizzarle per 

comprimere materiali a pressione dei Megabar e studiarne le caratteristiche fisiche. Gli stati della 

materia che è possibile ottenere corrispondono a plasmi non ideali fortemente correlati e 

parzialmente degeneri. Tali stati sono d’interesse sia per la fusione a confinamento inerziale (ICF) 

sia per la planetologia e l’astrofisica. Le attività sperimentali sono condotte principalmente in 

collaborazione con il laboratorio LULI dell’Ecole Polytechnique di Parigi e con il laboratorio PALS di 

Praga. Come mostrato nel grafico successivo (Batani et al., Physical Review Letters, 2004) si tratta 

dei primi punti in assoluto nel range di pressioni 8 - 15 Mbar (tali punti mostrano inoltre una 

deviazione dai modelli teorici oggi disponibili). 

Tutti i punti sperimentali esistenti relativi al carbonio a pressioni superiori ad 1 

Mbar. I punti in rosa e in nero sono quelli ottenuti dal nostro gruppo 

b) Interazione laser materia in regime relativistico 

Il nostro gruppo è impegnato nello studio delle interazioni laser-plasmi in regime 

relativistico e nell’applicazione di tali studi allo schema di "ignizione rapida" per la fusione a 



confinamento inerziale. In particolare, ci siamo dedicati allo studio della propagazione di intense 

correnti di elettroni relativistici (superiori al limite di Alfven) nella materia. Tali studi sono condotti 

principalmente in collaborazione con due laboratori dell’Ecole Polytechnique di Parigi, il LULI e il 

LOA (Laboratoire d’Optique Apliquée). In questo quadro abbiamo inoltre avviato lo studio dei plasmi 

prodotti dal laser come sorgenti di protoni e la loro possibile futura applicazione (ad esempio in 

adroterapia). 

Academy of Sciences Beijing China 

Transport of intense Laser-Produced Electron Beams in Matter 

We studied the transport of an intense electron beam produced by ultrahigh intensity laser 

pulses through metals and insulators. Targets were irradiated at the new 350 TW and 50 fs laser 

facility ‘Xtreme Light XL-III’ of the Institute of Physics of the Chinese Academy of Sciences in 

Beijing. XL-III is a Ti:Sa laser source emitting a wavelenght of 800 nm, focused to intensities on 

targets larger than 10 18 W/cm 2 . The main diagnostics consisted in Ka imaging: a spherically bent 

crystal imaged the Ka emission from a Cu layer onto a X-ray CCD. Complementary diagnostics 

included transversal shadowgraphy and proton emission using Imaging Plates.We irradiated pure 

copper targets, and double layer targets made of a first propagation layer of different thickness with 

a final 10 µm Cu tracer layer. The propagation layer was either aluminium or plastic. Images of Ka 

spots have been collected and studied as a function of target thickness, target material and shot 

energy 

Rutherford Laboratories – Oxford, UK 

Effects of front surface plasma expansion on proton acceleration driven by the Vulcan petawatt 

laser 

Multi-MeV ion acceleration driven by high power laser irradiation of thin foil targets continues to 

attract considerable international interest [1]. At the laser intensities presently available, ions are 

accelerated by the Target Normal Sheath Acceleration mechanism [2]. The proton, due to its high 

charge-to-mass ratio, is the most efficiently accelerated ion species, and is sourced from 

hydrogenated layers on the target surfaces. A number of potential applications, including proton 

oncology, radiography, lithography and proton based fast ignition have been suggested for this 

novel and potentially compact laser-driven source. The properties of the proton beam are sensitive 

not only to the high power laser pulse, but also any prepulses or Amplified Spontaneous Emission 

(ASE) at its leading edge. This typically preheats the front surface of the target creating plasma 

expansion. In the case of sufficiently thin targets, the rear surface of the target may also be 

preheated, which reduces the maximum energy of the accelerated protons [3, 4]. In addition, 

Lindau et al. [5] have shown that the direction of the beam of accelerated protons is also sensitive 

to the ASE level and timing. 

ILE Osaka , Japan 

“Study of the transition between solid-insulator to liquid semi-metal in carbon compressed at 

megabar pressures by laser driven shocks”. 

The Equation of State (EOS) of carbon is very interesting both from the point of view of 

material science at extreme pressures, and for its applications in planetology. Our group 

recently performed some experiments in this field obtaining new EOS points for carbon in 

the Megabar pressure range [1]. The group in ILE has also a strong interest in the sudy of 

carbon EOS and carbon metallization at high pressures [2]. Of particular interest is the 



transition between solid-insulator to liquid semi-metal in carbon compressed at megabar 

pressures, which takes place between 1 and 10 Mbar (see below the phase diagram of 

carbon according to Grumbach and Martin [3]). In the EOS phase diagram for carbon we 

have also drawn two different Hugoniot curves corresponding to the initial densities ρO = 

1.6 g/cm 3 and ρO = 1.45 g/cm 3 . We used carbon targets with different initial densities and 

shoot them so to get pressures in the 1-5 Mbar pressure range in order to investigate the 

boundary of the transition between solid-state insulator and liquid semi-metallic state. 

LULI – 2 Ecole Polytechnique France 

Electron confinement and localized isochoric heating in high-contrast ultra-intense laser 

irradiation of sharp micro-cone targets 

The creation and study of extreme states of matter, using ultra-intense short pulse lasers, is 

important for fundamental research concerning high energy density phenomena, as well as for the 

development of intense radiation and particle sources for a variety of applications. For example, 

solid density matter heated isochorically to several hundred eV, would be particularly valuable in 

determining the equation of state, opacity, and radiation transport in hot ionized matter, having 

relevance to stellar astrophysics and inertial fusion. Isochoric heating with lasers is challenging in 

large part due to the rapid transport of energetic electrons away from the laser absorption region. 

ALISE – CEA CESTA Bordeaux, France 

Study of target heating induced by fast electrons in mass limited and foam targets 

The study of fast electrons transport and induced target heating is of critical importance for the 

achievement of fast ignition. We studyied the induced target heating in two different kind of targets: 

mass limited and foam targets. Mass limited targes are very important for the creation of extreme 

states of matter heated up to several hundreds of eV and is important for research concerning high 

energy density phenomena ( like fast ignition) and for the development of intense radiation and 

particle sources. 

PALS – Prague, Ceck Republic 

Inertial Confinement Fusion driven by lasers requires very high degree of uniformity in the 

deposition of laser energy on the target in order to assure both a high degree of compression 

and ignition via the formation of a central spark due to the convergence of spherical shock 

waves. This requirement finds however a limitation in the finite number of laser beams 

(therefore requiring a large number of beams) and in the intensity distribution of each beam, 

which may contain "hot spots". Introduction of optical smoothing techniques in the '80s 

However, there still remains an issue of non-uniformity at very early times. This has been 

called "laser imprint" problem and may severely affect compression uniformity at later times 

(and in particular on the development of Rayleigh-Taylor instability) even if optical smoothing 

is used. A new approach to the problem of smoothing has been proposed, based on the 

interaction of the laser pulse with a low-density gas jet. We performed an experiment by using 

the iodine laser of PALS (Prague) in which a non-uniform irradiation was set by splitting the 

laser beam in two equal parts with a prism and producing a double spot in the focal plane. By 

adjusting the target plane, we could obtain two focal spots with a diameter ≈ 30 µm separated 

by ≈ 100 µm, thus producing very-large irradiation non-uniformity, a-priori very difficult to 

smooth out. The smoothing efficiency has been measured while changing the gas jet 

parameters. 

National Institute for Laser, Plasma and radiation Physics, Bucuresti, Romania 



Correlation between plasma parameters, crater characteristics, and thin film performance in PLD 

using ns, ps, and fs laser pulses 

Our activity was concentrated to the achievement of 2 main objectives, namely: 

1. We performed a study of craters developing as a result of high-intensity picosecond 

multipulse laser irradiation vs. those formed by nanosecond and femtosecond multipulse 

laser irradiation of solid targets (metal oxides or Ca phosphates) used in the PLD of 

nanostructured thin films. 

2. We focused on the correlation between the evolution of crater features, the parameters of 

the plasma initiating and evolving in front of the target surface, and the general 

characteristics of nanostructured coatings growing on nearby substrates placed in vacuum 

or low-pressure oxigen. 

Vinca Institute for Nuclaer Sciences, Belgrade, Serbia 

In the recent years Titanium and titanium-based alloys are being extensively used in biomedical 

applications. The main applications of titanium and titanium-based alloys implants in medicine due 

to their high level of bio-compatibility and bio-integration with human body. They are frequently 

used for joint replacement parts for hip, knee, shoulder, spine, wrist, etc. In dental field these 

implants can be successfully employed, among other, for replacement of lost teeth. Study of some 

of the Titanium-based and Silicon-based targets was taken up in collaboration with Vinca Institute, 

Belgrade for the past 4 years and several papers are published from this collaboration.In this work 

we studied surface modifications of TiAlN/TiN coating, induced by short laser pulses using our 

Nd:YAG laser at 1064 and 532 nm wavelength at 40 ps (FWHM) duration. Some of the 

experimental results are shown in the following images.Prof. Biljana Gakovic and Prof. Milan Trtica 

have collaborated with our research team. 

Russian Academy of Science, Dagesthan, Russia 

Analysis of experimental study of laser plasma expansion (produced by high power laser irradiation 

(Nd:glass, 2w, ~10 14 W/cm 2 ) for various types of target materials) from the collaborative experiment 

(realized at the LULI, France). We obtained "high-quality" interferometric data on the evolution of 

the plasma electronic profile, which can directly be compared to analytical models and numerical 

MULTI hydro code simulations (1D and 2D). For aluminium and plastic targets, the agreement with 

1D MULTI hydrocode simulations is excellent, at least for large times > 400 ps. The agreement for 

gold targets is not so perfect, which probably implies the need for a better description of LTE and 

non-LTE plasma opacities. The typical experimental electron density profiles (solid lines) and the 

comparison with 1D multi simulations with (dashed lines, only for Au) and without (dotted lines) 

account of radiative transfers. 

DANNO GENOTOSSICO PER ESPOSIZIONE A RF 

L’obiettivo del progetto è quello di studiare l’insorgenza di danni al DNA provocato da esposizione 

a campi elettromagnetici nello spettro delle RF effettuando degli esperimenti in vivo su un 

organismo relativamente semplice, il Lombricide Eisenia foetida andrei. Il razionale delle 

sperimentazioni è dovuta al fatto che i possibili effetti non termici provocati da RF non sono ancora 

ben conosciuti. Negli ultimi decenni, infatti, un numero elevato di risultati ottenuti da numerosi 

esperimenti “in vitro” e “in vivo” per determinare l’insorgenza di effetti genotossici si è rivelato 

inconcludente o contraddittorio. 



A tale scopo è stata progettata e allestita una guida d’onda aperta TEM (Transverse 

ElectroMangetic) in grado di simulare il campo lontano generato da Stazioni Radio Base (SRB), 

ampiamente diffuse sul territorio per la comunicazione con cellulare, e da antenne per le 

trasmissioni radiotelevisive. 

Il test di genotossicità adoperato per quantificare il danno subito dal DNA è il Comet Test, una 

tecnica semplice e rapida in grado di identificare rotture alla singola e alla doppia elica del DNA. 

Dopo averlo sottoposto ad elettroforesi, il DNA danneggiato e visualizzato al microscopio a 

fluorescenza come una cometa la cui coda è direttamente proporzionale al danno. 

Studio degli effetti delle microonde (MW) utilizzate nel settore della comunicazione mobile e 

cellulare sulle proprietà biochimiche e morfologiche dell'epidermide umana ricostruita (RHE). 

Le radiazioni elettromagnetiche presentano nella società moderna una gamma di utilizzi 

estremamente ampia, che tocca i più svariati settori. Non sempre, però, l’energia in gioco in tutte 

queste applicazioni, una volta emessa dai vari tipi di sorgente, viene completamente utilizzata nello 

svolgimento del compito assegnato e, quindi, parte dell’energia si distribuisce nell’ambiente 

circostante, innalzando i livelli di esposizione ambientale. L’enorme, rapido sviluppo dei nuovi 

sistemi elettrici, elettronici, informatici e di telecomunicazione, in particolare quelli di comunicazione 

mobile e cellulare (wireless LAN, telefoni cellulari UMTS, etc.), ha portato a determinare 

nell’ambiente urbano livelli di campi elettromagnetici non trascurabili. 

Attività svolte nei Laboratori di Milano - Bicocca 

Le attività svolte nei laboratori di Milano - Bicocca ruotano attorno ai due Laboratori Laser e 

riguardano lo studio dei plasmi prodotti da laser come sorgenti impulsate di radiazione X soffice ed 

il loro utilizzo per spettroscopia X, gli studi di ablazione indotta da laser, lo sviluppo di sistemi laser 

ed infine alcune applicazioni industriali dei plasmi svolte all’interno del Laboratorio per le 

Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP). 

LABORATORI 

- Laboratorio Laser U2- 2° piano 

Il laboratorio ospita un laser Nd:YAG di potenza, capace di impulsi di energia pari a 100 

mJ, durata 40 ps e frequenza di ripetizione 10 Hz. L'intensità massima di potenza sui bersagli è pari 

a 10 14 W/cm 2 . Il laboratorio è stato inizialmente impiegato principalmente per attività didattiche 

avanzate (laboratorio di ottica per gli studenti di fisica del terzo anno). Il laboratorio lavora anche su 

programmi di ricerca relativi alle sorgenti di raggi X (in collaborazione con il gruppo di A. Faenov, 

Russia) e all’ablazione laser (in collaborazione con il Vinca Institute di Belgrado). 

- Laboratorio Laser U2 livello –2 interrato 

Il nostro gruppo è impegnato nella realizzazione di un nuovo laboratorio laser di potenza 

con lo scopo di realizzare una “facility” laser capace di fornire impulsi ultra-intensi e ultra-veloci (10 

J, 1 ps) raggiungendo il regime di potenze dei 10 TW. Tale facility, che sarà aperta ai ricercatori 

della nostra e di altre università italiane, costituirà uno dei sistemi laser più potenti presenti sul 

territorio nazionale. Con tale sistema sarà possibile avere accesso sperimentale allo studio delle 

interazioni laser-plasmi in regime relativistico e studiare i numerosi fenomeni fisici che si presentano 

in tale regime, in particolare la possibilità di realizzare sorgenti laser di protoni energetici con 

riferimento all’adroterapia. 


- Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP) 


Il Laboratorio per le Applicazioni Industriali del Plasma (LAIP) attualmente svolge la 

propria attività di ricerca e di sviluppo tecnologico nel GRUPPO LASER E PLASMI su temi legati 

alle tecnologie del plasma. 

In particolare, sono stati affrontati i seguenti temi: 

- Torce in corrente continua ad arco non trasferito 

- Torce a radiofrequenza 

- Torce a microonde 

- Fiammatura di materiali lapidei 

- Deposizioni mediante Thermal Spray 

- Diagnostica calorimetrica 

- Alimentatori 


INFN sezione di Milano (gruppo coordinato da M. Bonesini) 

Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata (Prof. S. Martellucci) 

Dipartimento di Ingegneria, Università di Roma La Sapienza (Prof. S. Atzeni) 

Dipartimento di Scienze Biologiche e Istituto di Fisiologia Generale e Chimica Biologica, Università 

di Milano (Prof. F. Cotelli, G. Poletti) 

IFPC, CNR, Pisa (Prof. A. Giulietti) 

Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Bologna (Prof. V. Colombo) 

Rutherford Appleton Laboratory, UK 

Ecole Polytechnique, Paris, Francia 

Laboratorio PALS, Accademia delle Scienze di Praga, Repubblica Ceca 

Multicharged Ions Data Center, Mendeleev, Russia 

RAS, Russian Academy of Science (Lebedev Institute, General Physical Institute, Dagesthan 

Center), Russia 

Vinca Institute, Belgrado, Serbia 

Laboratori ILE Osaka, Japan 

Academy of Science, Beijing, China 

Jao Tong University, Shanghai, China 

CEA CESTA, Bordeaux, Francia 

National Institute for Laser, Plasma and radiation Physics, Bucuresti, Romania 

TATA Institute Mumbay, India 

Pubblicazioni su rivista scientifica internazionale con referee: 

1. C. Marangoni, F.Canova, M. Librizzi, R.Benocci, V.Narayanan, M.Gomareschi, 

“Mode-locking optimization with a real-time feedback system in Nd:YLF laser 

cavity” Review Scientific Instruments, 78, 013105 (2007) 

2. T. Desai, R. Dezulian, and D. Batani, “Radiation effects on the shock propagation in 

Aluminum target relevant to EOS measurements” Laser and Particle Beams, Volume 25, 

Issue 01, Jan 2007, pp 23-30 

3. D.Batani, R.Dezulian, R.Redaelli, R.Benocci, H.Stabile, F.Canova, T.Desai, 

4. H.Nishimura “Recent experiments on the hydrodynamics of laser-produced plasmas 

conducted at the PALS laboratory” Laser and Particle Beams, Volume 25, Issue 01, 

March 2007, pp 127-141 



5. Marco Bussoli, Dimitri Batani, Tara Desai, Marziale Milani, Milan Trtica, Biljana Gakovic, 

Edouard Krousky “Study of Laser Induced Ablation with FIB Devices“ Laser and Particle 

Beams, Volume 25, Issue 01, March 2007, pp 121-125 

6. J.Abdallah, D.Batani, T.Desai, G.Lucchini, A.Faenov, T.Pikuz and A.Maganov “High 

Resoltion X-Ray Emission Spectra From Picosecond Laser Irradiated Germanium 

Targets” Laser and Particle Beams, vol. 25, p. 245 (2007) 

7. D. Batani, H. Stabile, G. Lucchini, F. Canova, M. Koenig, A. Benuzzi, H. 

Präg “High-Pressure Behavior of Carbon by Laser-Generated Shocks” Russian Journal of 

Physical Chemistry A, Vol. 81, No. 9, pp. 1360–1364. CONFERENCE: CHEMICAL 

THERMODYNAMICS AND THERMOCHEMISTRY (2007) 

8. D.Batani, R.Dezulian, H.Stabile, M.Tomasini, G.Lucchini, F.Canova, R.Redaelli, 

“High Pressure Laser-Generated Shocks and Application to EOS of Carbon”Journal of 

Physics, 71, 012001 (2007) 

9. B Gakovic, M Trtica, D Batani, T Desai, P Panjan and D Vasiljevic-Radovic “Surface 

modification of titanium nitride film by a picosecond Nd:YAG laser” Journal of Optics A: 

Pure and Applied Optics, accepted (Jun 2007) 

10. Sophie Baton, Michel Koenig, Perceval Guillou, Berenice Loupias, Alessandra Benuzzi – 

Mounaix, Julien Fuchs, Christophe Rousseaux, Laurent Gremillet, Dimitri Batani, Alessio 

Morace, Motoaki Nakatsutsumi, Ryosuke Kodama, Yefim Aglitskiy “Relativistic electron 

transport and confinement within charge-insulated, mass-limited targets” High Energy 

Density Physics, Volume 3, Issues 3-4, October 2007, Pages 358-364 

11. M. S. Trtica, B. M. Gakovic, D. Maravic, D. Batani, T. Desai, R. Redaelli “Surface 

modifications of crystalline silicon created by high intensity 1064 nm picosecond Nd:YAG 

laser pulses” Applied Surface Science 253, 9315–9318 (2007). 

12. M.S. Trtica, B.M. Gakovic, B.B. Radak, D. Batani, T. Desai, and M. Bussoli “Periodic 

surface structures on crystalline silicon created by 532 nm picosecond Nd:YAG laser 

pulses“Applied Surface Science, Volume 254, Issue 5, 30 December 2007, Pages 1377- 

1381 (2007). 

13. O. Lundh, F. Lindau, A. Persson, C.-G. Wahlström, P. McKenna, D. Batani “Influence of 

shock waves on laser-driven proton acceleration”Phys. Rev. E, 76, 026404 (2007) 

14. M.Milani, L.Ferraro, F.Causa, D.Batani “Lasing properties and nonlinearities of dyes 

under high power pumping” Laser and Particle Beams 25, 1–10 (2007). 

15. F.Canova, A.Flacco, L.Canova, R.Clady, R.Benocci, G.Lucchini, D.Batani, E.Lavergne, 

G.Dovillaire, X.Levecq “Efficient aberrations pre-compensation and wavefront correction 

with a deformable mirror in the middle of a Petawatt-class CPA laser system” Laser and 

Particle Beams (2007). 

16. J. J. Santos, A. Debayle, Ph. Nicolaï, V. Tikhonchuk, M. Manclossi, D. Batani, A. 

Guemnie-Tafo, J. Faure, V. Malka, and J. J. Honrubia “Fast-electron transport and 

induced heating in aluminum foils” Phys. Plasmas, 14, 103107 (2007) 



17. M.Nakatsumi, R.Kodama, D.Batani, Y.Aglitskiy, S.Baton, A.Benuzzi-Mounaix, J.Fuchs, 

M.Koenig, Ch.Rousseaux, P.Guillou, B.Loupias, A.Morace, D.Piazza “Anomalous heating 

of target rear surface in laser-solid interactions”The Review of Laser Enginnering, The 

Laser society of Japan, vol. 35, pp.33-37 (2007) 

18. L.A. Gizzi, A. Giulietti, D. Giulietti, P. Koster, L. Labate, T. Levato, F. Zamponi, A. Lubcke, 

T. Kampfer, I. Uschmann, E. Forster, A.Antonicci and D.Batani “Observation of electron 

transport dynamics in high intensity laser interactions using multi-energy monochromatic 

X-ray imaging” Plasma Physics Controlled Fusion, 49 (2007) 

19. D. C. Carroll, P. McKenna, O. Lundh, F. Lindau, C.-G. Wahlström, S. Bandyopadhyay, 

D.Pepler, D. Neely, S. Kar, P. T. Simpson, K. Markey, M. Zepf, C. Bellei, R. G. Evans, R. 

Redaelli, D. Batani, M. H. Xu and Y. T. Li “Active manipulation of the spatial energy 

distribution of laser-accelerated proton beams” Phys. Rev. E 76, 065401(R) (2007) 

20. D. C. Carroll, P. McKenna, O. Lundh, F. Lindau, C.-G. Wahlström, S. Bandyopadhyay, D. 

Pepler, D. Neely, S. Kar, P. T. Simpson, K. Markey, M. Zepf, C. Bellei, R. G. Evans, R. 

Redaelli, D. Batani, M. H. Xu, and Y. T. Li “Active manipulation of the spatial energy 

distribution of laser-accelerated proton beams” Phys. Rev. E 76, 065401 (2007) 

21. A.Aliverdiev, D.Batani, V. Malka, T.Vinci, M.Koenig, A.Benuzzi-Mounaix, R. Dezulian, 

About the hydrodynamics of laser-produced plasmas // Proc. of International Conference 

“Phase transition, critical and non-linear phenomena in condensed media” Makhachkala, 

Russia, 2007, pp. 363-366 

Partecipazioni in conferenze scientifiche internazionali : 

3 rd International Conference on Frontiers of Plasma Physics and Technology - FPPT Bangkok, 

Thailand March 2007. Renato Redaelli: “Equation of state data of plastic foams at Mbar pressures” 


Thailand March 2007. Tara Desai: “Laser ablation of muli-layered targets with short laser pulses” 


Thailand March 2007. Dimitri Batani: 

“Smoothing of laser energy deposition for Inertial Confinement Fusion”. 

5rd Workshop on DIRECT-DRIVE AND FAST IGNITION PHYSICS, April 2-4, 2007. Madrid, Spain, 

Roberto Benocci: “Smoothing of laser energy deposition for Inertial Confinement Fusion” 

PPLA – 2007, June 14th – 16th, 2007, Scilla, Italy. Roberto Benocci : “Current Advances in 

smoothing of laser intensity profile” 

PPLA, 14-16 June 2007, Scilla, Italy. Tara Desai: “Laboratory craters and Planetary events” 

International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science VI, September 23 rd -27th, 2007, 

Tirrenia, Italy. Tara Desai: “High Power Laser produced craters and meteorite impacts” 



AMPL 2007: International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Gas; Tomsk , Russia 8-15 

September 2007. Renato Redaelli: “Equation of state data of plastic foams at Mbar pressures: 

Recent experimental Results” 

International Symposium on Laser-Driven Relativistic Plasmas Applied for Science, Industry and 

Medicine held at the Kansai Photon Science Institute, Japan, 17-20 September (2007). Dimitri 

Batani: “ Effects of laser prepulse on proton generation: active manipulation of the distribution of 

laser accelerated proton beams”AIP Proceedings of the 

Christmas Meeting of the High Power Laser Science Community, THE COSENER’S HOUSE, 

ABINGDON, UK, 17 -19 December 2007. Roberto Benocci 

International Conference of students, post graduate students and young scientists in Moscow Stale 

University "Lomonosov" June 2007. Aboutrab Aliverdiev 

International Conference Makhachkala, Russia, 12-15 September 2007. 

Aboutrab Aliverdiev: “Phase transition, critical and non-linear phenomena in condensed media” 

11 th International scientific school for young researchers, Kazan, Russia 25-27 October 

2007.Aboutrab Aliverdiev: “Coherent and non-linear spectroscopy”. 

8 th Multinational Congress on Microscopy, Prague, Czech Republic, 17-21 June 2007. Davide 

Bigoni: laser Formation and Morphology of Generation craters can be investigated by FIB/SEM 

System 

Tesi di laurea: 

- Francesco Mazzocchi: laureato il 13/11/07, tesi triennale in fisica dei plasmi e delle onde 

elettromagnetiche dal titolo "Caratterizzazione di un amplificatore rigenerativo per il sistema 

ATTILA" 

Progetti: 

- Programma FISR Legge 449/97 “Impianti innovativi multiscopo per la produzione di 

radiazione X e ultravioletta, coerente ed incoerente ad alta intensità” 

- Progetto INTAS 01-846 “Laser-driven shock tube for generation of hypersonic gas flows 

and investigation of hydrodynamic instabilities at contact interfaces” (coordinatore 

internazionale D. Batani) 

- Progetto INTAS 01-233 “Fast Ions in Laser-Plasma Interaction in the Relativistic Regime of 

Ultra-Short Ultra-Intense Pulses” (coordinatore internazionale F. Pegoraro, Univ. Pisa) 

- Progetto PRIN 2005 “Interazione laser ultraintensi plasma” (coordinatore nazionale 

ATZENI Stefano, Università degli Studi di ROMA "La Sapienza) 

- Progetto FIRB 2004 “BLISS” - Studio di laser a larga banda per la fusione a sconfinamento 

inerziale - Coordinatore nazionale Antonio Giulietti, IPCF, CNR, Pisa 


BIOFISICA 

Personale 


Baldini Giancarlo Professore Ordinario 

Chirico Giuseppe Professore Ordinario 

Collini Maddalena Ricercatore – presa di servizio come Prof. Associato 1-10-2007 

D’Alfonso Laura Ricercatore 

Cannone Fabio Assegnista 

Caccia Michele Dottorando 

Quercioli Valentina Dottorando 

Bosisio Chiara Dottorando 

Ricerca 

Studio della fotodinamica di proteine 

(Giuseppe Chirico, Maddalena 

Collini, Laura D’Alfonso) 

Questo progetto è dedicato allo 

studio del riconoscimento molecolare 

proteina – anticorpo basandosi 

sull’aumento di segnali di 

fluorescenza di costrutti con colloidi 

metallici. 

Risultati promettenti mostrano una 

sensibilità a concentrazioni 

picomolari 


Biofisica di singole molecole 

(Giancarlo Baldini, Giuseppe Chirico, Fabio 

Cannone, Maddalena Collini, Chiara Bosisio, 

Valentina Quercioli) 

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 fluo- 

rescenza con eccitazione a singolo e doppio 

fotone allo studio della conformazione e della 

dinamica di singole proteine della classe delle 

Green Fluorescent proteins. 

In particolare, si stanno studiando i dettagli 

del processo di unfolding. 


Questa ricerca è finalizzata allo studio della eterogeneità di comportamento delle proteine soggette 

a condizioni denaturanti legate all’insorgenza di malattie neurodegenerative. 

Imaging cellulare e di tessuti con tecniche ottiche non lineari 

(Giberto Chirico, , Maddalena 

Collini , Michele Caccia) 

Mediante l’uso di tecniche di 

microscopia non lineare si studiano 

risposte a stimoli su cellule 

dendritiche del sistema 

immunitario, si studia la 

conformazione di cellule 

metastatiche in tessuti tumorali. . 

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. 



L.D’Alfonso, M.Collini, F.Cannone, G.Chirico, B.Campanini, G.Cottone and L.Cordone, “GFP-mut2 

Proteins in Trehalose-Water Matrixes: Spatially Heterogeneous Protein-Water-Sugar Structures”, 

Biophysical Journal, 93, 284–293 (2007). 

F.Cannone, M.Collini, L.D’Alfonso, G.Baldini, G.Chirico, M.Tallarida, P.Pallavicini, “Voltage 

Regulation of Fluorescence Emission of Single Dyes bound to Gold Nanoparticles”, Nanoletters, 

Nano Lett. (Letter), 7 (4), 1070-1075 (2007). 

Giancarlo Baldini, Fabio Cannone, Giuseppe Chirico, Maddalena Collini, Barbara Campanini, 

Sefano Bettati, and Andrea Mozzarelli “Evidence Of Discrete Substates And Unfolding Pathways In 

Green Fluorescent protein “, Biophys. J. 92 (2007) 1724–1731. 

Paola Indovina, Maddalena Collini, Giuseppe Chirico, Maria Teresa Santini, “Three-dimensional 

cell organization leads to almost immediate HRE activity as demonstrated by molecular imaging of 

MG-63 spheroids using two-photon excitation microscopy”, FEBS letters, 581, 719 – 726 (2007). 

F. Cannone, M. Collini, G. Chirico, G. Baldini, S. Bettati, B. Campanini and A. Mozzarelli 

”Environment effects on the oscillatory unfolding kinetics of GFP”, Eur. Biophys. J 36 (2007) 795- 

803 

Cannone, F; Milani, R; Chirico, G; Diaspro, A; Krol, S; Campanini, “Voltage regulation of single 

green fluorescent protein mutants” Biophysical Chemistry, 125, 368-374, (2007). 

Presentazioni a congressi: 

Giuseppe Chirico, “Tracking single gfp proteins through unfolding pathways”, Theory, Modeling and 

Evaluation of Single Molecule Measurements, Leiden, April 16-20 2007 

C.A.Marquezin, A.S.Ito, M.Caccia, L.D’Alfonso, G.Chirico, “Espectroscopia de Correlação de 

Fluorescência e Microscopia de Fluorescência: um Estudo com Excitação a Dois Fótons”, XXX 

Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, São Lourenço, May, 7-11 2007. 

L.D’Alfonso, M.Collini, G.Chirico, G.Baldini, B.Campanini, G.Cottone, L.Cordone, “GFP-mut2 

Proteins in Trehalose-Water Matrixes: Spatially Heterogeneous Protein-Water-Sugar 

Structures”,6th European Biophysics Congress, EBSA, London, July, 14-18 2007. 

V.Quercioli , C.Bosisio , M.Collini, “Fluorescence brightness and stability dependence of single 

dyes on the nano-environment”, 6th European Biophysics Congress, EBSA, London, July, 14-18 

2007. 

Laureati laurea triennale: 



- Giulia Pegolotti: Effetto del micro-ambiente e della modalità di eccitazione sull’emissione di 

fluorescenza di singoli composti organici. 

-Paolo Bonfanti: Studi di sistemi ibridi, composto organico-metalli nobile, con tecniche di 

correlazione temporale della fluorescenza 

- Gabriele Corbetta: Tecniche di spettroscopia di correlazione della fluorescenza emessa da 

proteine per lo studio della loro struttura 

- Daniele Tolomeo:. Stabilità strutturale di proteine tramite anisotropia della polarizzazione della 

fluorescenza. 

- Alessandra Paladini: Quenching di fluorescenza di aminoacidi come metodo per studiare le 

proprietà strutturali delle proteine 

- Francesco Rocca : Studio di sistemi ibridi, composto organico – metallo nobile, con tecniche di 

fluorescenza risolta in tempo 

- Stefania Russo, Studio di sistemi micellari mediante spettroscopia di fluorescenza 

Laureati laurea specialistica: Margherita Casiraghi. 

Stages svolti per la prova finale: 

Argomenti: Uso di tecniche spettroscopiche in fluorescenza quali spettroscopia di correlazione 

della fluorescenza, tempi di vita al nanosecondo per lo studio di sistemi proteici e/o sistemi 

colloidali ibridi metallo-olorante organico. 

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: 

- Fondazione Cariplo (2005-07): Costruzione e lettura di reticoli di molecole fluorescenti per mezzo 

di microscopia a forza atomica: un passo verso le memorie ottiche molecolari. 

- PRIN 2006 (Baldini): sottostati conformazionali e percorsi di folding-unfolding nella green 

fluorescent protein: studio sperimentale e teorico alla ricerca di stati discreti nelle proteine 

- PRIN 2006 (Chirico) : Spettroscopia e nanoscopia avanzate per rivelazione ultrasensibile in 

biomedicina 

Convegni: 




Visualizing biological function, Università di Milano - Bicocca, 

24-25 Ottobre 2007. 

Sessione teorico-pratica in aula su microscopia confocale e 

non lineare applicata alle Life Sciences. 

Comitato Scientifico: F. Granucci, G. Chirico, M. Collini. 

Il convegno è stato organizzato in due giornate con una 

sessione didattica cui hanno partecipato circa una trentina di 

ricercatori e dottorandi provenienti da varie regioni d’Italia e 

una sessione pratica in aula con interventi di esperti del 

settore.

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 Naschirotto, Prof. Giuliano Boella, 

Dott. Gianluigi Pessina e Ing. Claudio Arnaboldi. 

Il personale tecnico è composto dai Sigg. Antonio De Lucia e Adrea Passerini. 

Il lavoro è suddiviso e distribuito in 3 laboratori. 

ASTROFISICA 

E’ 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 MIBETA, una matrice di 10 micro-bolometri, e CUORICINO, una matrice 

composta di 62 macro-bolometri, sono stati equipaggiati con un’Elettronica, avente funzionalità 

particolari, completamente progettata nei nostri laboratori. 

In particolare, una delle innovazioni introdotte per l’esperimento CUORICINO riguarda un 

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. Per 

questo lavoro un articolo è stato pubblicato. 

L’Esepriemtno CUORE, l’evoluzione di CUORICINO, conisterà di 1000 canali la cui 

elettronica è in fase di sviluppo presso i nostri laboratori. Al riguardo 2 articoli stanno per essere 

pubblicati. 

Per il nascente esperimento MARE, riguardante lo studio della massa del neutrino con una 

matrice di circa 200 micro-bolometri, è stato sviluppato il nuovo sistema di amplificazione del 

segnale a rumore ultra-basso. Al riguardo è stato pubblicato un articolo ed un secondo è in fase di 

ultimazione. 

Per l’esperimento LHCb è stato studiato e realizzato un sistema originale di distribuzione 

dell’alta tensione dei fototubi. Il sistema di distribuzione consiste in schede di circuito stampato 

progettate per evitare ogni tipo di scarica eventualmente generata nella distribuzione dei 20 KV 

necessari. Grazie ai risultati ottenuti con questa attività al laboratorio è stata riconosciuta la 

responsabilità della gestione dell’alta tensione dell’esperimento LHCb per quanto concerne i 2 

rivelatori RICH1 e RICH2. Due articoli sono stati pubblicati al riguardo durante il 2007 Error! 

Reference source not found.]. Tre studenti hanno conseguito la laurea coadiuvando il lavoro 

svolto nel nostro laboratorio. 

Nei riguardi dell’esperimento CAPIRE si è progettato e realizzato un sistema capace di 

monitorare la corrente di lavoro dei 10 rivelatori utilizzati. La corrente è letta con grande cura da una 



tensione di 4500 V. Un circuito originale è stato realizzato al riguardo ed una pubblicazione è stata 

pubblicata al riguardo Error! Reference source not found.]. 

Un nuovo preamplificatore di carica particolarmente adeguato all’implementazione con 

componenti discreti per applicazion a piccolo numero di canali è stato realizzato e presentato ad 

una conferenza Error! Reference source not found.]. Uno studente ha supportato questa attività 

e di è laureato in corso d’anno. 

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. 

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. 

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 

CUORICINO, MIBETA e stanno per essere usate anche nei futuri esperimenti CUORE e MARE. 

Dall’altra parte le conoscenze sono direttamente sfruttate a scopi didattici nell’indirizzo di 

Elettronica dei Sistemi digitali della laurea triennale. 

Due studento si sono laureati realizzando applicazioni basate su micro-controllore per gli 

esperimenti CUORE e MARE. 


1. Claudio Arnaboldi and Gianluigi Pessina, THE HIGH VOLTAGE PROTECTION BOARDS FOR 

THE RICH DETECTORS OF LHCB, Presentato da G.Pessina a "2007 IEEE Nuclear Science 

Symposium (NSS) and Medical Imaging Conference (MIC)", Honolulu, 27 Ottobre - 3 Novembre 

2007, ed anche in sottomissione alla rivista: IEEE Transaction on Nuclear Science. 

2. C.Arnaboldi, R.Bertoni, A.Delucia, G.Pessina, N.Redaelli, T.Tabarelli, AN INSTRUMENT FOR 

LOW-LEVEL MEASUREMENTS OF THE LEAKAGE CURRENT FROM HIGH-VOLTAGE BIASED 

DETECTORS, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. A572, pp 193-194, 

2007, Paesi Bassi. 

3. Claudio Arnaboldi and Gianluigi Pessina, A SIMPLE CHARGE SENSITIVE PREAMPLIFIERS 

FOR EXPERIMENTS WITH A SMALL NUMBER OF DETECTOR CHANNELS, Presentato da 

G.Pessina a "2007 IEEE Nuclear Science Symposium (NSS) and Medical Imaging Conference 

(MIC)", Honolulu, 27 Ottobre - 3 Novembre 2007, ed anche in sottomissione alla rivista: IEEE 

Transaction on Nuclear Science. 


Tesi: 


1) Anno Accademico 2006-2007: CARATTERIZZAZIONE DEI FOTORIVELATORI HPD PER IL 

RICH DI LHCB CON FASCI DI ELETTRONI, PROTONI E PIONI, Studente Erica Fanchini matricola 

070061 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

2) Anno Accademico 2006-2007: SVILUPPO ED OTTIMIZZAZIONE DI STRUMENTAZIONE PER 

LA MISURA DI BASSISIME CONTAMINAZIONI RADIOATTIVE SUPERFICIALI, Studente Davide 

Giamminonni matricola 070486 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

3) Anno Accademico 2006-2007: MONITORAGGIO DEI SISTEMI SOGGETTI ALL'ALTA 

TENSIONE DEL RIVELATORE LHCb BASATO SU MICROCONTROLLORE ARM, Studente 

Lorenzo Tosetto matricola 063065 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

4) Anno Accademico 2006-2007: SISTEMA DI SUPERVISIONE DI UN ALIMENTATORE LINEARE 

ULTRASTABILE PER L'ESPERIMENTO CUORE BASATO SU MICROCONTROLLORE ARM, 

Studente Salvatore Gnegghi matricola 063487 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

5) Anno Accademico 2006-2007: THE LHCb RICH PMTs READOUT ELECTRONICS AND THE 

MONITORING OF THE HPDs QUANTUM EFFICIENCY, Studente Marco Villa matricola 079525 

della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 

6) Anno Accademico 2006-2007: SISTEMA DI ACQUISIZIONE A CANALI SINCRONIZZATI AD 

ALTA PRECISIONE PER L'ESPERIMENTO CUORE BASATO SU MICROPROCESSORE ARM, 

Studente Filippo Bianchi matricola 063805 della Facoltà di Fisica di Milano Bicocca. 


FISICA TEORICA 

Personale 

Destri Claudio Professore Ordinario 

Girardello Luciano Professore Ordinario 

Marchesini Giuseppe Professore Ordinario 

Rapuano Federico Professore Ordinario 

Enriotti Mirella Professore Associato 

Penati Silvia Professore Associato 

Zaffaroni Alberto Professore Associato 

Oleari Carlo Ricercatore 

Simma Hubert Professore a contratto 

Nason Paolo Dirigente di ricerca INFN 

Butera Paolo Primo ricercatore INFN 

Pepe Michele Ricercatore (art. 23) INFN 



- Mariotti Alberto, Pirrone Marco (XXI ciclo), Alioli Simone, Amariti Antonio, Ratti CarloAlberto, Re 

Emanuele (XXII ciclo), Siani Massimo (XXIII ciclo) 

Assegnisti, borsisti: 

Banfi Andrea, Cornalba Lorenzo, McReynolds Sean. 

Ricerca 

1) Teorie dei campi e di stringa 

L. Girardello, S. Penati, A. Zaffaroni, L. Cornalba, S. McReynolds, A. Mariotti, M. Pirrone, 

C.A. Ratti 

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. Uno dei problemi più importanti della 

fisica teorica contemporanea è la ricerca di una formulazione quantistica consistente nella teoria 

della gravitazione che mette in luce la sua relazione con le altre interazioni fondamentali 

(unificazione). La teoria delle stringhe ha vari requisiti per essere considerata la teoria definitiva. La 

teoria delle stringhe è un modello i cui gradi di libertà fondamentali sono associati ad oggetti 

monodimensionali estesi, le stringhe, anzichè ad oggetti puntiformi come in teoria dei campi. Tale 

sostituzione introduce una lunghezza elementare, la lunghezza della stringa appunto, che mitica le 

divergenze ad alte energie della teoria dei campi dovute alla località delle interazioni. Come tale, 

quindi, la stringa permette una descrizione consistente della gravità quantistica nonchè una 

descrizione unificata delle quattro forze fondamentali in natura (interazione elettromagnetica, forte, 

debole e gravitazionale). La stringa suggerisce l’esistenza di uno spazio-tempo dieci o undici 

dimensionale da cui l’ordinario universo in quattro dimensioni emerge come teoria effettiva 

attraverso vari meccanismi (compattificazione delle dimensioni extra o confinamento su iperpiani 

detti D-brane). Uno degli aspetti più interessanti della teoria delle stringhe è la congetturata dualità 

tra la teoria delle stringhe come teoria di supergravità e teorie di gauge (corrispondenza AdS/CFT). 

Questa dualità potrebbe avere delle importanti ricadute nella descrizione di processi non 



perturbativi 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. 

In questo ambito 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 backgrounds 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 backgrounds 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. 

2) Teoria dei campi del Modello Standard 

G. Marchesini, P. Nason, C.Oleari, S. Alioli, A. Banfi, 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 backgrounds in collisioni adroniche. Poichè 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. 

- Sudio 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. 

3) Teoria dei campi non-perturbativa 

G. Marchesini, M. Pepe, H. Simma 

Quantum-Chromo-Dynamics è la teoria quantistica dei costituenti (quark e gluoni) delle 

particelle con interazione forte. Molte osservabili della QCD non possono essere calcolate con 

metodi perturbativi o analitici a causa della natura complessa delle interazioni forti, in particolare a 

basse energie. Esempi di tali osservabili sono le masse degli adroni (cioè particelle composte da 

quark e gluoni, come protone o pione) o gli elementi di matrice dell'Hamiltoniana effettiva, che in 

molti processi elettrodeboli (come decadimenti o mescolamenti di mesoni D o B) servono per 

calcolare le quantità che si misurano negli esperimenti. Per poter calcolare quantità nonperturbative 

in QCD da principi primi con metodi numerici, la teoria dei campi è studiata su uno 

spazio-tempo discretizzato. Queste simulazioni su "reticolo" richiedono una potenza di calcolo 

enorme e quindi l'uso di supercalcolatori. Per esempio, per determinare i parametri fondamentali 

della QCD (la costante di accoppiamento e le masse dei quark) in regime non-perturbativo, la teoria 

è simulata su reticoli con estensioni diverse. Solo cosi è possibile estrapolare con alta precisione i 

risultati al limite del continuo e calcolare anche il "running" non-perturbativo, cioè la variazione dei 

parametri rinormalizzati con l'energia. 

In questo ambito l’attività del gruppo riguarda in particolare: 

- Simulazioni numeriche su grandi reticoli per determinare la scala di riferimento per la costante di 

accoppiamento “running” e le masse dei quark in QCD. 

- Simulazioni nell'approssimazione "quenched" (masse e decadimenti di mesoni) per stabilire nuovi 

metodi (nel'ambito di twisted mass QCD) per ridurre gli errori sistematici dovuti alla 

discretizzazione. 

- Studio del confinement e della transizione di fase deconfinante in teorie di gauge non-abeliane (e 

in teorie efficaci per la superconduttivita' ad alta temperatura). 

- Numerical Stochastic Perturbation Theory (NSPT) per calcoli perturbativi a ordini alti in teorie di 


gauge. 

" 

"/2 

0 

!"/2 

!" !" 

4) Calcolo computazionale applicato a sistemi biologici complessi 

C. Destri, F. Rapuano,E. Moroni, A. Nobile 

!"/2 


I sistemi biologici sono in generale dei sistemi complessi, ovvero sistemi costituiti da un 

grande numero di unità molto interdipendenti e interagenti tra loro in maniera non lineare. Per 

descrivere il comportamento di un sistema biologico è quindi necessario comprendere come queste 

parti interagiscano tra loro e con l'ambiente circostante. Da un punto di vista metodologico lo studio 

dei sistemi biologici complessi richiede l'applicazione di nuovi approcci che, diversamente da quelli 

tradizionali, tengono conto di tale complessità. Negli ultimi 10-15 anni lo studio dei sistemi biologici 

complessi ha attirato l'attenzione di fisici, matematici e informatici che, in collaborazione con i 

biologi, hanno adattato a questo ambito e combinato insieme metodi d'indagine sviluppati 

originariamente nelle rispettive discipline. 

In questo ambito, l'attività del gruppo riguarda: 

- Lo studio dell'interazione DNA-proteina 

Nelle cellule esistono diversi meccanismi che operano per selezionare i geni che devono essere 

espressi o che devono rimanere silenti. Uno di questi meccanismi è il controllo della trascrizione 

genica. La trascrizione genica è il processo di trasferimento dell'informazione contenuta nel DNA 

all'RNA. Questo processo è promosso o inibito tramite l'azione coordinata di proteine regolatrici che 

si legano a particolari regioni di controllo del DNA. L'interazione DNA-proteina può essere studiata 

con metodi computazionali che offrono diversi vantaggi rispetto ai metodi sperimentali tradizionali. 

In questo ambito l'attività del gruppo è focalizzata nello studio di potenziali fisici che approssimano 

l'affinità di legame DNA-proteina allo scopo di identificare siti di legame nel DNA per proteine 

regolatrici a partire dalla loro struttura tridimensionale. 

0 


"/2 

"


Simulazione di interazione Proteina - DNA 

- Lo studio della rete di omologia e di modelli evolutivi delle proteine. 

Dal livello di similarità di due sequenze proteiche è possibile avere un'indicazione del loro 

grado di omologia, ovvero della loro distanza evolutiva. Questa informazione è oggi disponibile per 

un numero elevatissimo di proteine appartenenti a differenti specie di organismi. Applicando 

tecniche proprie della teoria dei grafi, studiamo la rete di omologia di proteine i cui nodi 

rappresentano le sequenze proteiche e i lati la relazione di omologia. Dall'analisi della topologia 

locale e globale del grafo e dalla organizzazione spaziale dei suoi clusters, si potrebbe sia predire 

la funzione biologica (ancora ignota) di una proteina sia individuare quali siano le relazioni 

biologiche tra gruppi di proteine evolutivamente sempre più distanti, ricavando informazioni 

essenziali sul processo evolutivo delle proteine. Il processo biologico di evoluzione delle sequenze 

proteiche è inoltre modellizzato teoricamente, facendo ricorso a tecniche e idee fondamentali della 

meccanica statistica, in particolare attraverso processi stocastici che tentano di riprodurre le 

proprietà generali della distribuzione reale di proteine. L'immagine raffigura un network di omologia 

di proteine costruito a partire da più di 42 miliardi di allineamenti tra 289069 sequenze proteiche 

provenienti da circa 90 genomi. Il grafo è formato da 27325 componenti connesse con un totale di 

lati 7940873. Ogni lato è colorato di blu se connette due proteine della stessa specie, di rosso se le 

due proteine connesse sono di due differenti specie. 


5) Fisica computazionale e 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 

puo’ 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. Poiche’ presto anche la potenza di apeNEXT non sara’ 

piu’ 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 e' 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 


6) Meccanica statistica e sistemi complessi 

P. Butera, C. Destri, M. Pepe 


Una scheda con il nodo base di apeNEXT 

Si studiano 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. Un’azione effettiva a basse energie per il sistema magnonibuche 

è stata costruita. Si studiano proprietà di rinormalizzabilità e aspetti di universalità mediante 

modelli statistici su strutture disordinate. Si applicano tecniche di calcolo allo studio della teoria dei 

campi classica e quantistica fuori dell’equilibrio. Lo scopo principale è quello di chiarire i processi di 

termalizzazione che trovano applicazioni nella cosmologia primordiale e negli attuali esperimenti 

sulla collisione di ioni pesanti. 

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: New York University; Ecole Polytechnique (Parigi); CERN; LPTHE; Universitè 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. Poincarè, Nancy (Francia); 

Cambridge (UK); Sanpietroburgo (Russia); Southhampton (UK); Notre Dame (USA); University of 

Maryland (USA); Patras Univ. (Greece); Bern Univ. (Svizzera); Porto University (Portogallo). 




1. A. Amariti, L. Girardello, A. Mariotti , “Meta-stable A(n) quiver gauge theories” - JHEP 

0710:017,2007. 

2. A. Mariotti, “Supersymmetric D-branes on SU(2) structure manifolds“ - JHEP 0709:123,2007. 

3. A. Amariti, L. Girardello, Al. Mariotti, “On meta-Stable SQCD with adjoint matter and gauge 

mediation” - Fortsch.Phys.55:627-632,2007. 

4. A. Butti, D. Forcella, A. Hanany, D. Vegh, A. Zaffaroni, “Counting Chiral Operators in Quiver 

Gauge Theories’’ - JHEP 0711:092,2007. 

5. D. Forcella, A. Hanany, A. Zaffaroni, “Baryonic Generating Functions” - JHEP 0712:022,2007. 

6. A. Butti, D. Forcella, A. Zaffaroni, “Counting BPS baryonic operators in CFTs with Sasaki- 

Einstein duals” - JHEP 0706:069,2007. 

7. A. Butti, D. Forcella, A. Zaffaroni, “Deformations of conformal theories and non-toric quiver 

gauge theories” - JHEP 0702:081,2007. 

8. F. Elmetti, A. Mauri, S. Penati, A. Santambrogio, D. Zanon, “Real versus complex betadeformation 

of the N=4 planar super Yang-Mills theory” - JHEP 0710:102,2007. 

9. F. Elmetti, A. Mauri, S. Penati, A. Santambrogio, “Conformal invariance of the planar betadeformed 

N=4 SYM theory requires beta real” - JHEP 0701:026,2007. 

10.S. Frixione, P. Nason, C. Oleari, “Matching NLO QCD computations with Parton Shower 

simulations: the POWHEG method” - JHEP 0711:070,2007. 

11 P. Nason, “MINT: A Computer program for adaptive Monte Carlo integration and generation of 

unweighted distributions” - e-Print: arXiv:0709.2085 [hep-ph] 

12. S. Frixione, P. Nason, G. Ridolfi, “A Positive-weight next-to-leading-order Monte Carlo for 

heavy flavour hadroproduction” - JHEP 0709:126,2007. 

13. S. Frixione, P. Nason, G. Ridolfi, “The POWHEG-hvq manual version 1.0” - e-Print: 

arXiv:0707.3081 [hep-ph] 

14. M. Mangano, P. Nason, “Radiative quarkonium decays and the NMSSM Higgs interpretation of 

the hyperCP Sigma+ ---> p mu+ mu- events” - Mod.Phys.Lett.A22:1373-1380,2007. 

15. G. Bozzi, B. Jager, C. Oleari, D. Zeppenfeld, “Vector Boson Pair Production via Vector Boson 

Fusion at NLO QCD” - Presented at 19th Conference on High Energy Physics (IFAE 2007), Naples, 

Italy, 11-13 Apr 2007. Published in J.Phys.Conf.Ser.110:042006,2008. 

16. G. Bozzi, B. Jager, C. Oleari, D. Zeppenfeld, “Next-to-leading order QCD corrections to W+ Z 

and W- Z production via vector-boson fusion” - Phys.Rev.D75:073004,2007. 

17. P. Butera, M. Pernici, "High-temperature expansions through order 24 for the two-dimensional 

classical XY model on the square lattice" - Phys. Rev. B 76, 092406 (2007). 

18. B. Berche, P. Butera, L. Shchur, "Logarithmic corrections and universal amplitude ratios in 

the 4-statePotts model" :arXiv:0707.3317; to be published in "Computer Simulation Studies in 

Condensed-Matter Physics XX", ds. D.P. Landau, S.P. Lewis, H.-B. Sch\"uttler. 

19. L. Shchur, B. Berche, P. Butera, "A study of logarithmic corrections and universal amplitude 

ratios in the wo-dimensional 4-state Potts model" - Europhysics Letters (EPL) 81 (2008) 30008. 

20. C. Brugger, C. P. Hofmann, F. Kampfer, M. Moser, M. Pepe and U. J. Wiese, ``Systematic 

Low-Energy Effective Field Theory for Electron-Doped Antiferromagnets'' - Phys. Rev. B 75, 

214405 (2007). 

21. M. Pepe and U. J. Wiese, `Èxceptional deconfinement in G(2) gauge theory'' - Nucl. Phys. B 

768, 21 (2007). 

22. C. Brugger, C. P. Hofmann, F. Kampfer, M. Pepe and U. J. Wiese, ``Homogeneous versus 

Spiral Phases of Hole-doped Antiferromagnets: A Systematic Effective Field Theory Investigation'' 

- Phys. Rev. B 75, 014421 (2007). 

23. C. Brugger, F. Kampfer, M. Moser, M. Pepe and U. J. Wiese, ``From the Hubbard model to a 

systematic low-energy effective field theory for magnons and holes in an antiferromagnet'' - Physica 

C 460-462 (2007) 1139. 



24. F. Belletti et al., "QCD on the Cell Broadband Engine" - PoS(LATTICE 2007) 39. 

25. M. Della Morte et al. (ALPHA Collaboration), "Towards a non-perturbative matching of HQET 

and QCD with dynamical light quarks" - PoS(LATTICE 2007) 246. 

25. M. Della Morte et al. (ALPHA Collaboration), "Preparing for N(f) = 2 simulations at small lattice 

spacings" - PoS(LATTICE 2007) 255. 

26. M. Beccaria, Yu. L. Dokshitzer, G. Marchesini, “Twist 3 of the sl(2) sector of N=4 SYM and 

reciprocità respecting evolution” – Phys. Lett. B652: 194-202, 2007. 

27.Yu. L. Dokshitzer, G. Marchesini, “N=4 SUSY Yang-Mills: three loops made simpler” – Phys. 

Lett. B646: 189-201, 2007. 

28. G. Marchesini, “QCD review”, Int.J.Mod.Phys. A22:5443-5452, 2007. 

Progetti finanziati: 

a) PRIN (Cofinanziamento MIUR): 

TEORIE DI GAUGE E DI STRINGA - Anno 2005 - Coordinatore locale: L. Girardello 

(Cofinanziamenti precedenti: 1997, 1999, 2001, 2003) 

STUDI PERTURBATIVI E NON PERTURBATIVI IN TEORIE QUANTISTICHE DEI CAMPI PER LE 

INTERAZIONI FONDAMENTALI - Anno 2004 - 

Prot. 2004023950 - Coordinatore locale e nazionale: G. Marchesini 

b) Iniziative specifiche INFN: 

MI12 - Coordinatore locale (e nazionale) L. Girardello 

MI11 - Coordinatore locale G. Marchesini 

PR21 - Coordinatore locale P. Nason 

TO61 - Coordinatore locale C. Destri 

RM31 – Coordinatore locale M. Pepe 

c) Progetto speciale APE (INFN) 

d) Contratti CEE: 

"Constituents, Fundamental Forces and Symmetries of the Universe" (contract MRTN-CT-2004- 

005104) - Coordinatore locale: L. Girardello 

"Small-x physics: Interface between perturbative and non-perturbative QCD dynamics", CEE INTAS 

00 00366 - Coordinatore locale: G. Marchesini 

Laboratori del gruppo: 

- Laboratorio di calcolo parallelo 

- Laboratorio didattico di calcolo avanzato

Relazione Dipartimento 2007 finale - Dipartimento di Fisica G ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?