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Ricerca

Fisica delle particelle

I primi decenni del ‘900 videro un’intensa attività nello studio della struttura dell’atomo. L’osservazione dei decadimenti radioattivi e l’interazione di fasci di particelle con la materia permisero ai fisici di effettuare scoperte fondamentali. Contemporaneamente, grazie allo studio della radiazione cosmica fu possibile osservare particelle fino a quel momento sconosciute. Lo sviluppo tecnologico facilitò successivamente la costruzione di acceleratori, macchine che aumentano l’energia delle particelle facendole viaggiare a velocità prossime a quelle della luce, la massima velocità possibile per qualunque corpo. L’uso di acceleratori ha consentito di esplorare i costituenti fondamentali dei nuclei atomici e di creare nuove forme di materia. Negli acceleratori lineari le particelle vengono fatte urtare contro un bersaglio fisso, mentre negli acceleratori circolari due fasci di particelle accelerati in versi opposti collidono tra loro. Le quantità di energia che le particelle hanno acquistato prima dell’urto vengono convertite, grazie all’interazione, in altre forme di materia rendendo così possibile l’osservazione di nuove particelle.

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Fisica delle astroparticelle

La fisica astroparticellare comprende un vasto campo di ricerca con esperimenti condotti principalmente senza acceleratori sulla radiazione cosmica, sui neutrini, sulla gravitazione e sulla meccanica quantistica. Conseguentemente anche le tecniche utilizzate negli esperimenti sono molto eterogenee tra loro: si va dai lasers all’utilizzo di materiali di bassa attività, dalla criogenia ai rivelatori di particelle utilizzati nelle altre linee di ricerca. Gli esperimenti possono essere di piccole dimensioni (“table-top”) come estesi su superfici di km2, situati nello spazio o nelle profondità marine, nei laboratori sotterranei come nei ghiacci antartici. La scoperta della radiazione cosmica risale al 1912 e per molti anni, prima dell’utilizzo degli acceleratori, ha permesso di scoprire nuove particelle allora sconosciute (basti pensare al “positrone”, ovvero l’anti-elettrone). Sebbene le ricerche nel campo della fisica astroparticellare siano articolate su più di un secolo, è ancora oggi un settore di ricerca prodigo di nuove ed emozionanti scoperte (basti pensare alla recente osservazione delle onde gravitazionali ad opera dell’esperimento LIGO), in cui l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è impegnato da decenni. In particolare i ricercatori dei Laboratori Nazionali di Frascati si occupano di studi sui neutrini e di ricerca nello spazio. Per maggiori approfondimenti: http://home.infn.it/it/ sito ufficiale dell’INFN. http://www.asimmetrie.it/ rivista dell’INFN, con alcune monografie sull’argomento.

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Fisica nucleare

Lo studio della struttura del nucleo atomico e dell’interazione nucleare forte è stato il primo passo verso la comprensione più approfondita della materia: da protoni e neutroni ai quark, verso il Modello Standard della fisica delle particelle. I Laboratori Nazionali di Frascati hanno da sempre rivestito un ruolo fondamentale in tale campo di ricerca, realizzando esperimenti in loco o presso altri laboratori internazionali, alla frontiera della conoscenza fisica per uno studio più approfondito delle interazioni fondamentali nel campo della fisica nucleare e del loro ruolo nell’Universo, dal Big Bang ad oggi.

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Fisica teorica

Gli esperimenti condotti nei Laboratori Nazionali di Frascati riguardano lo studio della struttura della materia, la fisica nucleare e sub-nucleare, l’astrofisica e la cosmologia. Come in tutti i campi della fisica, anche in questi campi le attività di ricerca sperimentali e le ricerche teoriche procedono di pari passo,  complementandosi e concorrendo a stabilire congiuntamente  un insieme di nuove conoscenze. Risultati sperimentali, a volte inaspettati e sorprendenti, richiedono di essere compresi nel quadro di teorie consistenti, predittive, ed il più possibile complete. A loro volta, queste teorie permettono di predire nuovi fenomeni, i quali devono essere sottoposti al vaglio di verifiche sperimentali per verificare l’effettiva validità delle particolari teorie da cui conseguono. Con l’avanzamento delle conoscenze ed i sempre maggiori livelli di complessità raggiunti dalle teorie fisiche, queste verifiche  richiedono sfide sempre più complesse, e non è raro che intervalli di vari decenni intercorrano fra la formulazione di predizioni teoriche e le verifiche sperimentali corrispondenti. Un recente esempio è  la scoperta del bosone di Higgs, la cui esistenza venne inizialmente postulata intorno al 1964, e la cui effettiva scoperta ha dovuto attendere quasi 50 anni, fino all’annuncio congiunto avvenuto il 14 Luglio 2012, che ha confermato la scoperta da parte delle due collaborazioni sperimentali ATLAS e CMS del CERN di Ginevra di una nuova particella con una massa di circa 125 volte la massa del protone,  e con caratteristiche compatibili (entro gli errori sperimentali) con quelle predette dalla teoria per il bosone di Higgs. Un esempio ancora più recente riguarda la rivelazione di onde gravitazionali, ...

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Ricerca tecnologica

Per la costruzione di nuovi acceleratori e rivelatori di particelle è necessario il continuo sviluppo di tecnologie sempre più avanzate in diversi campi applicativi, dell’elettronica, del calcolo e delle reti informatiche. I Laboratori Nazionali di Frascati sono impegnati in numerosi progetti che riguardano lo sviluppo di nuovi acceleratori, rivelatori e in altri campi interdisciplinari. Gli sviluppi delle ricerche tecnologiche avanzate in fisica nucleare e subnucleare hanno riguardato vari campi di interesse pubblico e principalmente la medicina e il campo artistico. La necessità di realizzare macchine acceleratrici con caratteristiche tali da permettere lo studio delle proprietà più intime della materia, ha stimolato lo sviluppo di tecnologie superconduttive e di meccanica ultra spinta che permettono di realizzare cavità acceleratrici, magneti e cavi superconduttori. La principale applicazione dei magneti superconduttori negli acceleratori di particelle consiste nella realizzazione di dipoli curvanti il fascio di particelle cariche il più efficacemente possibile e nel minor spazio possibile. A questo scopo servono intensità del campo magnetico e di velocità di salita dello stesso, impossibili da ottenere con tecnologie non superconduttrici. Nei futuri acceleratori, inoltre, l’elevata intensità dei fasci richiesti insieme alle piccolissime dimensioni del fascio, richiede anche uno sviluppo di analisi dei materiali con cui vengono realizzati gli acceleratori stessi e delle superfici a contatto con il fascio circolante. I LNF sono all’avanguardia in questo tipo di ricerche tecnologiche di scienza dei materiali e di fisica delle superfici in connessione con la fisica degli acceleratori, potendo disporre non solo di competenze specifiche nei vari campi, ma anche della possibilità di ...

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Computing

Il calcolo scientifico dell’esperimento KLOE-2, il Tier2 e il Servizio di Calcolo dei Laboratori Nazionali Frascati.

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Attività di Trasferimento Tecnologico

Lo staff dell’INFN impegnato in attività di trasferimento tecnologico, si occupa di promuovere, coordinare e istituire tutte le iniziative necessarie alla realizzazione degli obiettivi predefiniti in materia di proprietà intellettuale e trasferimento tecnologico dal vigente Statuto dell’ INFN, nonché dai più specifici Regolamenti di settore. INFN riconosce nella procedura di tutela dei diritti di proprietà intellettuale, nella valorizzazione economica delle proprie competenze e infrastrutture e nella creazione di imprese intorno a propri risultati applicativi degli strumenti particolarmente idonei a favorire l’adozione di nuove e convenienti tecnologie generate dalla propria ricerca da parte del mondo produttivo. La complessità e l’ambizione dei progetti di ricerca INFN poggia anche sulla innata capacità della nostra rete scientifica a relazionarsi in modo proattivo con la migliore capacità tecnologica dell’industria nazionale e internazionale.   Referenti per i Laboratori Nazionali di Frascati: Claudio Cantone (claudio.cantone@lnf.infn.it) Mariangela Cestelli Guidi (mariangela.cestelliguidi@lnf.infn.it)  

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Fondi esterni

I Laboratori Nazionali di Frascati hanno ricevuto e ricevono fondi per progetti di ricerca da enti pubblici e privati: Commissione Europea (FP4, FP5, FP6, FP7 e Horizon 2020 ), MIUR (Premiali e Progetti Bandiera), MAECI (Progetti di Grande Rilevanza in Accordi Bilaterali con i paesi extra UE), MISE (Industria 2015, FIT, Industria 4.0), Regione Lazio e Regione Calabria (POR – FSE), NATO, ESA, ASI, Ospedale Pediatrico Bambin Gesù, Silicon Valley Foundation (USA), John Templeton Foundation (USA), tra i principali.

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