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FISICA TEORICA
[Teoria dei campi e di stringa - fenomenologia delle particelle elementari, dei nuclei e dei sistemi non lineari]

L'attività di ricerca svolta in questo settore riguarda alcuni dei temi più attuali emersi recentemente nell' ambito della Fisica Teorica. In particolare, nel Dipartimento vi è un gruppo molto attivo nello studio della teoria delle Stringhe e della relazione tra questa e le teorie di Gauge in accoppiamento forte, ovvero la collezione di idee note come "corrispondenza olografica". Questa corrispondenza ha portato ad importanti previsioni sul comportamento del nuovo stato della materia, scoperto al RHIC di Brookhaven ed attualmente studiato all' LHC del CERN di Ginevra: il "quark-gluon-plasma". La corrispondenza olografica viene inoltre impiegata dai membri del gruppo di Perugia per ottenere una possibile descrizione delle proprietà quantistiche di sistemi come i buchi neri. A Perugia c'è il coordinamento nazionale di un progetto di ricerca dell' INFN su questi argomenti: GAST (Gauge And String Theories). Viene anche studiato il comportamento quantistico dei micro-dispositivi in cui i moderni metodi della teoria di campo di bordo possono essere utili per comprendere nuove proprietà emergenti.
In Fisica Teorica l'interpretazione dei dati e la proposta di nuove indagini sperimentali costituiscono un fattore fondamentale di crescita scientifica.  A Perugia e' attiva una sezione dell' iniziativa nazionale per la fisica nucleare e adronica (NINPHA), che si occupa dello studio teorico degli adroni e dei nuclei atomici, ovvero dei sistemi legati dalle interazioni nucleari forti. Una delle due principali linee di ricerca riguarda lo studio delle correlazioni tra i costituenti di questi sistemi, osservabili in esperimenti eseguiti ad energie alte (LHC) ed intermedie (ad esempio a Jefferson Lab, in Virginia (USA) e al collisionatore elettrone-ione (EIC) di prossima costruzione negli USA). Un'altra tematica importante e' il supporto teorico all’esperimento BESIII (vedi anche “Fisica delle Particelle ed Astrofisica") dedicato allo studio di particolari stati finali adronici prodotti in collisioni elettrone positrone ad energie intermedie, che potrebbero evidenziare effetti non interpretabili con il "modello standard" della fisica delle particelle elementari.
Un’ulteriore linea di ricerca riguarda l’area interdisciplinare tra teoria quantistica dei campi, materia condensata e fisica statistica. Tale ambito è in forte sviluppo con la scoperta di nuovi fenomeni in cui gli effetti di coerenza quantistica dominano e danno origine a nuovi e sorprendenti comportamenti.
La linea di ricerca si avvale dei potenti metodi analitici della teoria quantistica dei campi e della fisica statistica per analizzare le nuove classi di universalità e fasi della materia con caratteristiche topologiche in due e tre dimensioni spaziali, quali i superisolanti, gli isolanti topologici e i superconduttori topologici.

M. C. Diamantini | G. Grignani | M. Orselli | S. Pacetti | S. Scopetta


FISICA DELLE PARTICELLE, ASTROFISICA E FISICA MEDICA
[Fisica agli acceleratori - rivelatori astroparticellari - astrofisica e cosmologia - fisica medica]

In questo settore l’Italia, soprattutto attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, gioca un ruolo di primo piano nei più importanti laboratori internazionali e molti dei docenti del Dipartimento sono impegnati in diverse attività di ricerca.
Presso il complesso dei laboratori del CERN di Ginevra l'esperimento CMS studia le interazioni tra costituenti fondamentali alla frontiera energetica attraverso urti protone-protone prodotti dall' acceleratore LHC, l’esperimento nTOF è dedicato allo studio delle reazioni indotte da neutroni e l'esperimento NA62 esplora l'asimmetria materia-antimateria nei sistemi del quark strange e dei mesoni K.
Sempre nel settore del sapore, lo studio della simmetria violata CP e di possibili segnali di nuova fisica avviene  nei sistemi del quark beauty e dei mesoni B, presso il laboratorio di SUPER-KEKB a Tsukuba in Giappone con l’esperimento Belle2.
Completa il panorama del sapore l'esperimento BESIII, installato all’acceleratore BEPCII presso l'IHEP di Pechino, che studia la dinamica dell'interazioni debole e forte attraverso l’osservazione dei mesoni che contengono il quark charm e degli adroni leggeri.
L'origine dell'Universo, l'evoluzione cosmologica e la relazione tra la fisica delle particelle elementari e astrofisica sono oggetto di studi altrettanto importanti e molte attività di ricerca sono legate a questo settore in collaborazione con i principali enti di ricerca nazionali ed internazionali e l'Agenzia Spaziale Italiana.
Lo studio della radiazione cosmica carica di alta energia alla ricerca di possibili segnali di anti-materia primordiale e di materia oscura è condotto negli esperimenti AMS-02, operante dal 2011 sulla stazione spaziale internazionale, e  DAMPE, lanciato in orbita con un satellite cinese nel 2015. Lo studio dei flussi di particelle di bassa energia sarà invece compito di Limadou, il cui lancio in orbita è previsto nel 2017. L’esperimento Fermi, in orbita attorno alla terra, completa le attività sperimentali nello spazio, permettendo di studiare le sorgenti galattiche ed extragalattiche di raggi gamma.
L’estensione delle misure dei raggi gamma alle più alte energie è l’obiettivo dell’osservatorio internazionale CTA, una rete di telescopi di nuova generazione il cui sviluppo vede la partecipazione del dipartimento anche con l’installazione ed operazione di un prototipo nel sito di Serra la Nave in Sicilia.
L'interferometro internazionale VIRGO, presso i laboratori di Cascina, ricerca e studia le onde gravitazionali previste nel quadro della relatività generale, anche in collaborazione con i due interferometri di LIGO.
Studi sperimentali e teorici di evoluzione e nucleosintesi stellare sono condotti dalle collaborazioni ASFIN ed ERNA, completa questo panorama il progetto IRAIT, frutto di una collaborazione italo-francese-spagnola, che ha permesso l'installazione del telescopio nell'infrarosso "Paolo Maffei" in Antartide presso la base Dome-C.
Inoltre, le applicazioni della ricerca in Fisica delle Alte Energie in campo medico sono numerose e si basano sull’applicazione di nuove tecnologie via via disponibili. Questo tipo di ricerche si giova sia della collaborazione con gli ospedali regionali, che con strutture sanitarie nazionali ed internazionali. Le linee di ricerca attualmente presenti si concentrano sullo sviluppo di rivelatori innovativi per caratterizzazione di fasci radioterapeutici e di sonde intraoperatorie, sull’imaging diagnostico (NRM, TAC) e sulla dosimetria sia del personale medico che dei pazienti.

G. Anzivino | B. Bertucci | M. Biasini | M. M. Busso | R. Campanella | C. Cecchi | A. Codino | L. Fanò | E. Fiandrini | S. Pacetti | S. Palmerini | M. Pauluzzi | A. Rossi | A. Santocchia | G. Tosti | H. Vocca


FISICA DELLE MICRO E NANO STRUTTURE
[Materia condensata e sistemi biologici - sistemi e dispositivi alla micro e nanoscala]

In una linea di ricerca vengono studiate le proprietà strutturali e dinamiche di sistemi disordinati quali liquidi, vetri e materiali polimerici. Di particolare interesse sono le tematiche legate al damping acustico ed al fenomeno della transizione vetrosa. Vengono anche studiate le proprietà strutturali e dinamiche di biopolimeri (proteine e acidi nucleici) e delle loro interazioni, con particolare riferimento al ruolo del solvente nell’influenzare struttura, dinamica e funzionalità di proteine, alla caratterizzazione degli stati denaturati di proteine globulari e alle proprietà dell'acqua di idratazione in sistemi modello. Per tutti questi studi si fa uso di tecniche di laboratorio quali micro-calorimetria differenziale, spettroscopia di assorbimento, spettroscopia dielettrica, spettroscopia Brillouin e di foto correlazione, oltre che di tecniche sperimentali presso grandi infrastrutture di ricerca internazionali, quali spettroscopia neutronica e di luce di sincrotrone.
Una seconda linea di ricerca riguarda i sistemi micro- e nano-strutturati che potrebbero essere impiegati nelle future generazioni di dispositivi per la information and communication technology (ICT). In particolare le attività di ricerca riguardano: (i) micro e nanosistemi per energy harvesting che utilizzano la risonanza stocastica ed effetti non lineari e sistemi di calcolo zero-power (Laboratorio NIPS), (ii) nanostrutture magnetiche (film, multistrati, cristalli magnonici artificiali) per l'immagazzinamento ed il processo dell' informazione (Laboratorio GHOST), (iii) materiali nanostrutturati ottenuti per cavitazione acustica in soluzioni liquide e (iv) solidi metallici sottoposti a diversi tipi di trattamenti termici e meccanici ed eventualmente drogati con impurezze leggere.

R. Campanella | G. Carlotti | S. Corezzi | F. Cottone | D. Fioretto | L. Gammaitoni | M. Madami | M. Mattarelli | A. Orecchini | A. Paciaroni | C. Petrillo | F. Sacchetti | H. Vocca


GEOMATERIALI, GEOTERMIA, RISCHIO VULCANICO E AMBIENTALE


Il gruppo svolge attività di ricerca all’avanguardia su argomenti chiave nelle scienze della terra e planetarie, basata sulla caratterizzazione dei materiali naturali, industriali e archeologici, attraverso analisi geochimiche e cristallografiche di dettaglio, in condizioni ambientali e di alta temperatura e pressione e attraverso modelli numerici, con innovativi sistemi sperimentali.
Le applicazioni vanno dallo studio dei processi su scala regionale e globale (fluidodinamica dei magmi ed eruzioni vulcaniche, cristallochimica di alta pressione e stabilità dei minerali all'interno della terra), al reperimento delle georisorse e all'impiego di materiali innovativi per le industrie (cementi ecosostenibili), alla mitigazione dei rischi vulcanici e ambientali (emissioni di CO2, inquinamenti da amianto), alla individuazione e alla valutazione di fonti energetiche rinnovabili (geotermia).
Le numerose collaborazioni nazionali ed internazionali hanno consentito al gruppo lo sviluppo di importanti programmi di ricerca finanziati da soggetti pubblici e privati, nazionali ed internazionali.
Collegamento al sito web del gruppo di Petrovulcanologia: Petrology and Volcanology Research Group

M. C. Burla | C. Cardellini | P. Comodi | F. Frondini | D. Morgavi | S. Nazzareni | D. Perugini | M. Petrelli | F. P. Vetere


GEOLOGIA APPLICATA, GEOFISICA, IDROGEOLOGIA E GEOMORFOLOGIA


Sono attivi progetti di ricerca sui seguenti temi:
 - Miglioramento delle proprietà meccaniche delle terre e caratterizzazione geotecnica  dei suoli contaminati.
 - Dinamica fluviale, focalizzata su erosione, trasporto e frane di sbarramento.
 - Definizione, su base statistica, delle soglie di pioggia che innescano movimenti franosi.
 - Sperimentazione di nuovi metodi d’indagini geofisiche 2D e 3D con Georadar.
 - Modellazione matematica di sistemi idrogeologici, con l’obiettivo di ridurre gli impatti della variazione climatica in corso sulle risorse idriche.
 - Geoarcheolologia, al servizio della valorizzazione del patrimonio culturale ed archeologico.
 - Analisi computerizzata quantitativa dei dati spaziali tramite GIS e Remote Sensing, finalizzati alla modellazione dei processi morfogenetici e alla mitigazione dei rischi geologici.

C. Cambi | C. Cencetti | L. Di Matteo | L. Melelli | D. Valigi


GEOLOGIA DEL SEDIMENTARIO, PALEONTOLOGIA, GEOLOGIA STRUTTURALE E GEOFISICA


Il gruppo di ricerca si occupa di:
 - studi di geologia di superficie sia a carattere stratigrafico che strutturale, quali analisi di sezioni stratigrafiche, ricostruzioni paleogeografiche e geodinamiche e cartografia geologica;
 - studi di geologia di sottosuolo attraverso l’integrazione di dati geologici (sia stratigrafici che strutturali) e geofisici a diverse scale di osservazione (principalmente sismica a riflessione, gravimetria e georadar);
 - geologia dei pianeti anche attraverso tecniche di elaborazione di immagine;
 - studi di micropaleontologia e di paleontologia dei vertebrati con applicazioni in ambito biostratigrafico, paleoecologico e paleogeografico.
Le linee di ricerca trovano applicazione principalmente nella esplorazione delle georisorse e nella caratterizzazione del rischio sismico.
I ricercatori sono inoltre impegnati nel promuovere ed evidenziare il ruolo che i beni paleontologici e geologici hanno nella salvaguardia, valorizzazione e musealizzazione del patrimonio culturale ed ambientale e nella valorizzazione dei geositi.

A. Baldanza | M. R. Barchi | A. Bertinelli | E. Capezzuoli | M. Cherin | S. Cirilli | M. Ercoli | G. Minelli | F. Mirabella | P. Monaco | C. Pauselli | M. Porreca | R. Rettori

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