Ivan Gnesi Curriculum Vitae et Studiorum

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1 Ivan Gnesi Curriculum Vitae et Studiorum Maggio 20 Grant presso il Centro Studi e Ricerche E. Fermi per lo studio dei raggi cosmici di alta energia e per la divulgazione della cultura scientifica nell ambito del progetto Extreme Energy Events (EEE). L attività di ricerca è incentrata sullo studio delle correlazioni tra flusso di muoni e eventi solari (eiezioni di massa coronale), sulla ricerca di eventi correlati a corto e medio raggio per lo studio di meccanismi di interazione rari, e sullo studio di segnali esotici quali eventuali flussi di particelle da terra, di interesse per la fisica del neutrino. L attività didattica e di divulgazione riguarda la preparazione degli studenti che lavorano ai telescopi, la preparazione di corsi e lezioni frontali e l organizzazione di eventi divulgativi, di orientamento e di aggiornamento per studenti e insegnanti delle scuole superiori partecipanti al progetto EEE. Febbraio 20 Dottore di Ricerca in Scienza e Alta Tecnologia Indirizzo in Fisica e Astrofisica presso la Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali dell Università di Torino Titolo della tesi: Pion Induced Reactions in the Resonance Energy Region. Relatori: prof. G. Pontecorvo, prof. G. Piragino e prof. F. Balestra. Il lavoro di tesi riporta i risultati dell analisi di reazioni indotte da pioni su nuclei di elio in camera a streamer ed in particolare: la prima osservazione sperimentale della risonanza al di sotto della soglia di produzione di pioni; alcune evidenze sperimentali dell esistenza di una risonanza gigante nucleare e l estrazione dei parametri fisici principali della risonanza stessa; l evidenza sperimentale dell assorbimento di pioni su cluster di tre o quattro nucleoni con l attivazione di una risonanza collettiva; l osservazione dell emissione di fotoni con spettro energetico termico nella regione di temperature in cui è attesa la transizione del nucleo a gas di adroni. Infine il lavoro di tesi affronta la modellizzazione in camera a streamer della misura di decadimento del pione per valutare la possibilità di migliorare il presente limite superiore della massa del neutrino muonico. 1

2 2008 Nomina a Referee per l Istituto Nazionale di Fisica Nucleare per la collaborazione italiana all esperimento Jlab12 presso i Laboratori Nazionali Thomas Jefferson (TJNAF) in Virginia, con compiti di valutazione del programma scientifico e della sua collocazione a livello internazionale. Ai fini della valutazione scientifica del progetto, sono stati presi in esame i seguenti temi: le funzioni di struttura del nucleone, le funzioni di distribuzione di elicità, di spin e momento trasverso dei partoni nel nucleone, le funzioni di distribuzione generalizzate dei partoni per l inclusione del momento angolare orbitale nella descrizione del nucleone ed infine misure di spettroscopia nucleare e stranezza Ingresso nel progetto Extreme Energy Events del Centro Studi e Ricerche E. Fermi Partecipa alle attivita di ricerca del Centro studi e Ricerche E. Fermi, nell ambito del progetto Extreme Energy Events, finalizzato allo studio dei raggi cosmici di altissima energia. Si occupa in modo continuativo delle lezioni introduttive alla fisica moderna per le scuole superiori partecipanti al progetto. Partecipa all analisi dei dati provenienti dai quattri rivelatori delle scuole di Torino al fine di identificare eventi candidati per energie nell intervallo del taglio GZK. Segue gli insegnanti delle scuole coinvolte per l organizzazione dell attivita sperimentale e didattica inerente il progetto EEE. Segue il lavoro dei tesisti dell Università di Torino per il progetto EEE Ingresso nella collaborazione COMPASS al CERN Partecipa agli studi in carico al gruppo di lavoro del Dipartimento di Fisica dell Università di Torino ed in particolare: la misura della polarizzabilità del pione mediante diffusione Compton virtuale e la preparazione all estrazione delle funzioni di distribuzione di spin trasverso dei partoni nel nucleone mediante annichilazione q q (Drell Yan) in urti πp ad alta energia. 2

3 Novembre 2006 Vincitore di borsa di dottorato presso la Facoltà di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali dell Università di Torino Nell ambito della collaborazione Torino-Dubna studia l interazione di pioniconnucleileggeri, edinparticolare 4 He, ottenendodiversirisultati: la prima osservazione sperimentale della risonanza ad energie al di sotto della soglia di produzione di pioni, la conferma dell esistenza della risonanza dibarionica pseudoscalare d e la prima misura dello spettro di emissione di fotoni in interazioni quasi elastiche π 4 He, in accordo con una distribuzione di Planck di corpo nero. Nell ambito della stesso gruppo collabora alla misura diretta della massa del neutrino muonico da un evento di annichilazione p 20 Ne, ottenendo il nuovo limite superiore m ν (µ)<2.2 MeV/c 2 al 90% c.l. e allo sviluppo di un nuovo estimatore della massa di particelle leggere in decadimenti a due corpi. Settembre 2006 Vincitore di concorso per un assegno di ricerca dell Istituto Nazionale di Fisica Nucleare con finalità di studio degli effetti della struttura a partoni del nucleone sulla materia nucleare. Aprile 2006 Laurea in Fisica presso la Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali dell Università di Torino Titolo della tesi: Interazioni π 4 He a bassa energia. Relatori: prof. G. Pontecorvo, prof. G. Piragino e prof. F. Balestra. Votazione: 1/1 e lode. Il lavoro è incentrato sulla misura di sezioni d urto elastiche e inelastiche ad energie prossime a quelle di attivazione della risonanza e allo studio della dinamica dei canali di reazione osservati. In particolare in questo lavoro si osserva l emissione di fotone singolo nell interazione π 4 He e la discordanza dello spettro angolare e energetico dei fotoni con la radiazione da frenamento, ritenuta allora la naturale spiegazione dell emissione. 3

4 progettista presso Alenia Aeronautica con il compito di studiare le caratteristiche elettromagnetiche di anecoicità e riverberanza di una camera anecoica per test elettromagnetici su velivoli Eurofighter e Tornado, allora in progettazione su commissione della Comunità Europea. La camera è ora in funzione nell area di controllo di compatibilità elettromagnetica di Alenia Aeronautica presso l aeroporto di Caselle Iscrizione al Corso di Laurea in Fisica dell Università degli Studi di Torino 1996 Diploma di Maturità con votazione 60/60 presso l Istituto J.C. Maxwell di Nichelino (Torino) Premi Settembre 2006 migliore comunicazione in fisica Nucleare e Subnucleare - Congresso SIF Durante il XCII congresso nazionale della Società Italiana di Fisica risulta vincitore del 1 o posto per la migliore comunicazione in Fisica Nucleare e Subnucleare con la presentazione dei risultati dell esperimento PAINUC dal titolo: Interazioni di π ± in 4 He a P π =218 MeV/c. Giugno o premio per la migliore poster session al CLXX corso della Scuola Internazionale di Fisica E. Fermi Durante il CLXX corso della scuola internazionale di fisica E. Fermi, intitolata Measurements of neutrino mass, vince il 2 o premio per la migliore poster session, presentando la misura di massa del neutrino muonico realizzata con un evento di annichilazione p 20 Ne registrato in camera a streamer al CERN all esperimento PS179. Settembre 2011 Premio Ettore Pancini - Congresso SIF... per i notevoli risultati ottenuti nel campo dei fenomeni complessi nell interazione pione-nucleo e per le originali misure sperimentali della nel nucleo di elio e l osservazione di segnali di risonanza collettiva nel mezzo nucleare. 4

5 Elenco esami sostenuti durante il corso di laurea Geometria 30/30 e lode lingua Inglese Idoneo Analisi Matematica I 26/30 Fisica Generale I 30/30 Istituzioni di Fisica Teorica 0 29/30 Esperimentazioni di Fisica II 30/30 e lode Fisica Generale II 30/30 e lode Struttura della Materia 30/30 Metodi Matematici della Fisica 29/30 Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare 30/30 e lode Esperimentazioni di Fisica III 30/30 e lode Istituzioni di Fisica Teorica 1 30/30 Laboratorio di Fisica Spaziale 30/30 Esperimentazioni di Fisica I 30/30 Analisi Matematica II 30/30 Fisica dello Spazio 30/30 Fisica Stellare 30/30 e lode Raggi X e Ottica Diffrattiva 30/30 e lode Tecniche di Vuoto e Biomateriali 30/30 e lode Chimica 30/30 Elenco corsi seguiti durante il ciclo di dottorato Standard Model physics at accelerators and Monte Carlo techniques DACT Data Acquisition Techniques DANT Data Analysis Techniques Physics of the Early Universe 5

6 Pubblicazioni 1. On the muon neutrino mass N. Angelov et al. / Nuclear Physics A 780 (2006) π ±4 He interactions at 218 MeV/c N. S. Angelov et al. / Nuovo Cimento B 121 n.8 (2007) Two-prong π 4 He interactions at 6 MeV N. S. Angelov et al. / Eur. Phys. J. A 34, (2007) 4. Effects of extremely low-frequency magnetic fields on l-glutamic acid aqueous solutions at 20, 40, and 60 microt static magnetic fields D. Alberto et al. / Electromagnetic Biology and Medicine, 27(3): , Effects of Static and Low-Frequency Alternating Magnetic Fields on the Ionic Electrolytic Currents of Glutamic Acid Aqueous Solutions D. Alberto et al. / Electromagnetic Biology and Medicine, 27: 25 39, π 4 He interactions at T=6 MeV N. Angelov et al. / Published in Prog.Part.Nucl.Phys.61: , Intermediate energies π-induced reactions studied with a streamer chamber PAINUC Coll. / Proc. of Int. Sch. of Phys. E.Fermi -CLXX-Measurements of ν Mass. SIF: , Estimation of the mass of the lighter particle emitted in a two body decay reaction F.Balestra et al. / Nucl. Instr. & Meth. A, 604: , The Spin-dependent Structure Function of the Proton g p 1 the Bjorken Sum Rule. M.G. Alekseev et al. / Phys. Lett. B 690, , 20 and a Test of. Measurement of the Collins and Sivers asymmetries on transversely polarised protons. M.G. Alekseev et al. / Phys. Lett. B 692, , Quark helicity distributions from longitudinal spin asymmetries in muonproton and muon-deuteron scattering. M.G. Alekseev et al. / Phys. Lett. B 693, , Azimuthal asymmetries of charged hadrons produced by high-energy muons scattered off longitudinally polarised deuterons M. Alekseev et al. / Eur. Phys. J. C 70: 39-49, 20 6

7 13. Pion induced reactions on 4 He in the resonance energy region I. Gnesi et al. / Jour. Phys. Conf. Series 312: , Features of π-induced collective resonances in nuclei I. Gnesi et al. / Eur. Phys. J. A 47, 3, Pion induces reactions on 4 He in the resonance energy region I. Gnesi et al. / Int. Jour. Mod. Phys. A 26-3: , Observation of the February 2011 Forbush decrease by the EEE telescopes M. Abbrescia et al. / Eur. Phys. J. Plus : First measurement of chiral dynamics in π γ π π π + C. Adolph et al. / Phys. Rev. Lett. 8: , Transverse spin effects in hadron-pair production from semi-inclusive deep inelastic scattering C. Adolph et al. / Phys. Lett. B 713: -16, Exclusiveρ 0 muoproductionontransverselypolarisedprotonsanddeuterons C. Adolph et al. / Nucl. phys. B 865: 1-20, I Experimental investigation of transverse spin asymmetries in µ-p SIDIS processes: Collins asymmetries C. Adolph et al. / Phys. Lett. B 717: , II Experimental investigation of transverse spin asymmetries in µ-p SIDIS processes: Sivers asymmetries C. Adolph et al. / Phys. Lett. B 717: , D and D meson production in muon nucleon interaction at 160 GeV/c C. Adolph et al. / Eur. Phys. J. C 72:2253, Leading order determination of the gluon polarization from DIS events with high-p T hadron pairs C. Adolph et al. / Phys. Lett. B 718: ,

8 Didattica Tutore di Meccanica Tutor per il corso di Meccanica della laurea di primo livello in Fisica dell Università di Torino (titolare del corso professor Ermanno Vercellin) Attività proposte tesi Preparazione proposte formative in Fisica Nucleare, dei Sistemi Complessi e delle Tecnologie Avanzate Dal 2007 si occupa di definire e presentare le proposte di tesi del gruppo di Fisica Nucleare del Dipartimento di Fisica Generale dell Università di Torino, con argomenti nell ambito della fisica nucleare delle energie intermedie e delle tecnologie avanzate ad esse inerenti; in particolare lo studio della fenomenologia legata alla materia nucleare e di algoritmi adattativi, reti neurali e Automata Cellulari con finalità sia applicative al campo della fisica nucleare sia di ricerca fondamentale nel campo della fisica dei sistemi complessi Tutoraggio tesisti Preparazione di tesisti per la laurea triennale Dal 2007 al 2013 segue 6 tesisti della laurea triennale in Fisica delle Tecnologie Avanzate nelle tesi: Trattamento della base dati di un esperimento di fisica nucleare e parallelizzazione degli algoritmi di simulazione Algoritmi adattativi per il fit di tracce in urti in camera a streamer Automata Cellulari in Fisica Caratterizzazione di un fotodiodo a multipixel per usi in fisica nucleare Caratterizzazione di una camera MRPC di un telescopio del progetto EEE Torino Sistema di controllo dell efficienza di un telescopio per raggi cosmici Lezioni nei Licei Lezioni di Fisica per il progetto Extreme Energy Events Dal 2007 al 20 prepara e tiene lezioni di fisica ad introduzione degli studenti dei licei M. D Azeglio, V. Alfieri, G. Bruno e G. Ferraris che desiderano partecipare alla gestione dei rivelatori di raggi cosmici del progetto Extreme Energy Events nelle scuole di Torino. Le lezioni sono state richieste anche per i prossimi anni accademici. 8

9 2013 Scuola di Fisica Prima Scuola di Fisica per il progetto Extreme Energy Events Organizza la prima edizione della Scuola di Fisica per gli studenti degll ultimo anno delle scuole superiori di Torino e provincia. La Scuola, organizzata presso l Ateneo di Torino, coinvolge 220 studenti e 30 docenti, con finalità divulgative, di orientamento e di aggiornamento per gli insegnanti degli Istituti di Istruzione Superiore. Partecipazione a Conferenze 1. XCII CONGRESSO NAZIONALE SIF Torino (Italia), Settembre 18-23, 2006 Interactions of π ± in 4 He at 218 MeV/c - (vincitore del 1 o premio per la migliore comunicazione in Fisica Nucleare e Subnucleare) 2. XLV INTERNATIONAL WINTER MEETING ON NUCLEAR PHYSICS Heavy Ion Physics from Intermediate to Ultra-Relativistic Energies Hadron Structure and Hadrons in Nuclear Matter Physics with Antiprotons Bormio (Italia), Gennaio 14-21, 2007 Single-gamma Emission in Pion-Helium Interactions - pubblicata su Proceedings of the XLV INTERNATIONAL WINTER MEETING ON NU- CLEAR PHYSICS, supplemento 127, Università degli studi di Milano 3. IV CONGRESSO DI SEZIONE INFN Torino (Italia), Gennaio 23, 2007 Lo spettrometro DUBTO: apparato sperimentale e recenti risultati - 4. XCIII CONGRESSO NAZIONALE SIF Pisa (Italia), Settembre 24-29, 2007 High energy γ emission in π 4 He interaction at T=6 MeV - First experimental evidence of in π 4 He neutron-knockout reaction - 5. International Workshop on Hadron Structure and Spectroscopy Torino (Italia), Marzo 28 - April 2, I Congresso Dipartimento di Fisica Generale Università degli Studi di Torino Torino (Italia), Aprile 7-8, 2008 PAINUC: lo studio della materia nucleare alle energie intermedie 7. CONGRESSO NAZIONALE SIF Genova (Italia), Settembre 22-27, 2008 ν µ( ν µ) mass upper limit with π ± decays in Self-Shunted Streamer Chamber V CONGRESSO DI SEZIONE INFN Torino (Italia), Gennaio 8,

10 Pions absorption in light nuclei and research projects at PAINUC Experiment - 9. International Workshop on Hadron Structure and Spectroscopy Mainz (Germany), Marzo 29 - April 1, CONGRESSO NAZIONALE SIF Bari (Italia), Settembre 28 - Ottobre 3, presentazioni: The direct ν µ( ν µ) mass measurement. - np correlations and nucleon resonances activation at low energies MESON 20 Cracovia (Polonia), -15 Giugno, 20 Pion induced reactions in the resonance energy region INPC 20 Vancouver (Canada), 3-7 Luglio, 20 -poster: Pion induced reactions on 4 He in the resonance energy region MEETING CSNIII INFN Firenze (Italia), Settembre 21, 20 PAINUC recent results and perspectives XCVI CONGRESSO NAZIONALE SIF Bologna (Italia), Settembre 20-24, 20 -presentazioni: Constraints on the direct ν µ mass extraction from π decay and future measurements at PAINUC - Signatures for a collective nuclear resonance in π 4 He reactions XCVII CONGRESSO NAZIONALE SIF L Aquila (Italia), Settembre 26-30, presentazioni: Features of π induced collective resonances in nuclei - Multinucleon π absorption in π + 4 He 3pn reactions XCVIII CONGRESSO NAZIONALE SIF Napoli (Italia), Settembre 17-21, 2012 Intermediate energy physics with pions: restriction on the m ν(µ) extraction CLUSTER 2012 Debrecen (Ungheria), Settembre 21-24, 2012 Evidences for π induced collective resonances in 4 He: thermal behaviour in γ emission and π absorption on clusters -

11 Partecipazione a Scuole Internazionali th INTERNATIONAL SCHOOL OF SUBNUCLEAR PHYSICS: The Logic of Nature, Complexity and New Physics: From Quark-Gluon Plasma to Superstrings, Quantum Gravity and Beyond Erice (Trapani), Agosto 29 - Settembre 7, XVII GIORNATE DI STUDIO sui RIVELATORI Villa Gualino, Torino(Italia), Febbraio 27 - Marzo 2, International School of Physics E.Fermi CLXVII course: Strangeness and Spin in Fundamental Physycs Villa Monastero, Varenna - Como (Italia), Giugno 19-29, INTERNATIONAL SCHOOL OF NUCLEAR PHYSICS th course: Quarks in Hadrons and Nuclei Erice (Trapani), Settembre 16-24, 2007 Painuc Research Program: The nuclear matter at low energies - pubblicata su un volume dedicato di Progress in Particle and Nuclear Physics : 5. XVIII GIORNATE DI STUDIO sui RIVELATORI Villa Gualino, Torino(Italia), Febbraio 19-22, International School of Physics E.Fermi CLXX course: Measurement of neutrino mass Villa Monastero, Varenna - Como (Italia), Giugno 17-27, poster session: Intermediate energies π-induced reactions studied with a streamer chamber - pubblicata su Proceedings of the International School of Physics E.Fermi - CLXVII course vincitore del 2 o premio per la poster session th INTERNATIONAL SCHOOL OF SUBNUCLEAR PHYSICS: Homage to Sidney Coleman. Predicted and totally unespected in the energy frontier opened by LHC. Erice (Trapani), Agosto 29 - Settembre 7, 2008 The nuclear matter at intermediate energies - 8. THE NUCLEON STRUCTURE: 12 th HANUC lecture week. Torino (Italia), Marzo 23-27, 2009 Nuclear matter at intermediate energies - 9. Ecole Internationale Daniel Chalonge - Torino Cosmology Colloquium: LATEST NEWS FROM THE UNIVERSE Torino, (Italia) Ottobre 21 24, th INTERNATIONAL SCHOOL OF SUBNUCLEAR PHYSICS: What we would like LHC to give us Erice (Trapani), Giugno 27 - Luglio 3,

12 Seminari 1. INFN Torino Open Day: The PAINUC experiment - Poster Session Torino (Italia), Luglio 12, Per la collaborazione Dubna-Torino: Self Shunted Streamer Chamber and Artificial Neural Networks: experimental apparatus and recent results Dubna, Regione di Mosca (Russia), Novembre 24, Per la collaborazione Dubna-Torino: PAINUC: the nuclear matter studied in a Self Shunted Streamer Chamber at low and intermediate energies Dubna, Regione di Mosca (Russia), Dicembre 5, Per la collaborazione Dubna-Torino: Recent results at PAINUC experiment Dubna, Regione di Mosca (Russia), Dicembre 21, 20 12

13 Descrizione dell attività di ricerca svolta e dei principali risultati ottenuti Il lavoro di ricerca nell ambito della collaborazione Dubna-Torino e dell esperimento PAINUC è iniziata nel 2005, con lo studio dell interazione di pioni con nuclei di elio mediante l utilizzo di una camera a streamer ad 4 He a pressione atmosferica esposta al fascio di pioni del fasotrone del Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna (regione di Mosca). Lo scopo principale dell attività di ricerca era la misura delle sezioni d urto elastiche e inelastiche π 4 He a energie nell intervallo di attivazione della risonanza su nucleone (T π MeV). Nel 2006 si osserva per la prima volta un canale di interazione con emissione di gamma ad alta energia, π ± ( 4 He, 4 He)π ± γ. Il branching ratio del canale di reazione, lo spettro energetico e angolare dei γ (figura 1) si rivelano in disaccordo con un emissione per radiazione da frenamento. La distribuzione energetica dei γ risulta invece in buon accordo con una distribuzione di Planck a T 15 MeV, (figura 2) indipendentemente dalla carica del pione sonda. Essa rivela che il nucleo di 4 He si comporta come un radiatore di corpo nero, ne spiega l emissione isotropica e al contempo l alta energia dei γ emessi. La temperatura del sistema pione-nucleo, inferiore all energia di legame del nucleo stesso (B4 He = 28 MeV < T4 He = 15 MeV), ne spiega la preservazione della struttura durante l emissione della radiazione (articoli [2], [3] e [6] nella lista delle pubblicazioni). L osservazione sperimentale del canale π ± ( 4 He, 4 He)π ± γ apre così nuove possibilità nella descrizione della transizione di stato tra nucleo legato e gas di adroni per nuclei leggeri, argomento finora non affrontato per mancanza di osservabili. Inoltre apre una serie di quesiti sulla struttura nucleare e sulla descrizione della materia nucleare. Durante il periodo di dottorato ( ) si ottengono diverse osservazioni sperimentali legate all eccitazione di risonanze collettive nell interazione pioneelio, se ne misurano le caratteristiche fisiche fondamentali e si sviluppano modelli per l interpretazione delle misure. La prima osservazione sperimentale della risonanza nel mezzo nucleare ad energie inferiori alla soglia di produzione di pioni, ottenuta nel canale di knockout del neutrone π ( 4 He, 3 He) (n π ), confermerebbe che il mezzo nucleare a temperatura intermedia si comporta in modo costruttivo nei confronti dell attivazione della. I valori estratti di massa invariante e larghezza della nel mezzo risultano essere M =(1157±14) MeV/c 2 e Γ =(38±2) rispettivamente, entrambi inferiori a quelli osservati per l eccitazione della su nucleone libero. La risonanza si forma inoltre ad alto 3-momento traferito e basso Q 2, in accordo con l ipotesi che più di un nucleone sia coinvolto e che si attivi quindi una risonanza gigante nucleare indotta dal pione sul nucleo di elio (figure 3 e 4 e articoli [3], [6] e [7]). Un modello semiempirico è stato sviluppato per estrarre informaziono fisiche sullo stato collettivo: il confronto con dati sperimentali per diversi nuclei bersaglio rivela che il numero massimo di nucleoni coinvolti è tra 3 e 4 e l apporto di energia di legame per nucleone aggiuntivo è di circa 50 MeV (figure 5 e 6, articolo [14] e tesi di dottorato). Le prime osservazioni del canale di knockout del protone π ( 4 He, 3 H) (p π ) sembrerebbero confermare che l attivazione della 0 è, già a T π =0 MeV, il canale preferenziale attraverso cui avviene l estrazione del protone. 13

14 Dall analisi dell assorbimento di pioni nel canale di reazione π +4 He 3pn sono state osservate marcate correlazioni angolari e segnali di interazione di stato iniziale e finale (FSI/ISI) per i possibili sistemi di due e tre nucleoni. L analisi degli spettri di massa invariante e di momento relativo rivelano inoltre che i branching ratio per i meccanismi di assorbimento su due nucleoni e su 3-4 nucleoni sono rispettivamente 56% e 14%, confermando la presenza del meccanismo di assorbimento su multinucleone. Nel settembre 20 è stato analizzato il canale di interazione radiativo, π ± ( 4 He, 4 He)π ± γ, ad energie inferiori, T π =68 MeV: lo spettro in energia dei gamma si è rivelato ancora in accordo con una distribuzione di Planck e a temperature compatibili con quelle misurate a T π =6 MeV. L invarianza della temperatura del corpo nero in funzione dell energia disponibile pone nuovi interrogativi nella descrizione della materia nucleare alle energie tipiche di eccitazione della risonanza e rende possibile studiare le eventuali correlazioni tra l eccitazione di stati collettivi ed eventuali decadimenti radiativi. L attività relativa all esperimento PAINUC ha richiesto una forte presenza del candidato presso il JINR di Dubna (Mosca) a partire dal 2006 e la collaborazione continuativa con i colleghi della collaborazione al JINR. γ Energy distributions (MeV) N E γ γ π ( He, He)π π + ( 4 4 He, He)π + γ Figure 1: Sezione d urto differenziale per π ( 4 He, 4 He)π (in alto) e π ( 4 He, 4 He)π γ (in basso): è evidente l isotropia del processo di emissione dei γ. Figure 2: Distribuzione energetica dei γ per i canali π ± ( 4 He, 4 He)π ± γ: entrambe le distribuzioni sono in accordo con una radiazione di corpo nero a temperature T 14 MeV 14

15 π n invariant mass (a.u.) N ev M π n (MeV/c ) Figure 3: L eccitazione della nel canale di knock out del neutrone avviene a alti impulsi trasferiti e angoli di uscita intermedi tra neutrone e 3 He nello stato finale (popolazione a sinistra del taglio). Figure 4: Distribuzione di massa invariante della nel mezzo nucleare (in rosso): M =1157 MeV, Γ/2 =38 MeV N nucleons Clustering Nucleons (see text) N A N A -N 1 (see text) Figure 5: Numero di nucleoni coinvolti nell attivazione della risonanza gigante in funzione del numero di massa del nucleo. A Figure 6: Contributi all energia di legame e alla larghezza della risonanza gigante nucleare per ogni nucleone aggiuntivo. 15

16 Una parte del lavoro di ricerca è incentrato sulla misura diretta della massa del neutrino muonico. L interesse della comunità scientifica nei confronti della determinazione della massa dei neutrini è cresciuto negli ultimi decenni. La misura diretta di tali masse è estremamente complessa ma rimane necessaria e complementare alle misure di oscillazione, che restituiscono informazioni sulle differenze tra autostati di massa m, e le misure di decadimento ββ, finalizzate a risolvere la natura di Dirac o di Majorana dei neutrini. Ad oggi, mentre si procede alla misura diretta della massa del neutrino elettronico a precisioni inferiori all ev con Katrin, la più recente misura diretta della massa del neutrino muonico è stata realizzata da MINOS, mediante tempi di volo di neutrini tra due rivelatori a 734 km di distanza, ed il risultato è stato m ν (µ)<50 MeV al 99% c.l. Dalla misura di un evento di annichilazione di un antiprotone (articolo [1]) su neon( p 20 Ne)esuccessivodecadimentodiunpioneprodottoπ + µ + ν µ e + ν µ ν e ottenuto al CERN PS 179 è stato ricavato un nuovo limite superiore per tale massa: m ν (µ)<2.2 MeV al 90% c.l. Nel 2008 è stato sviluppato un nuovo estimatore statistico (articolo [8]) per la massa del neutrino nel decadimento del pione a partire dalla fattorizzazione della massa invariante della particella non osservabile in un decadimento a due corpi; attualmente è allo studio un metodo che permetta di utilizzare il nuovo estimatore per guadagnare fino a 4 ordini di grandezza nella determinazione della massa del neutrino muonico. L esperimento PAINUC ha pianificato una presa dati per la misura di decadimenti di pioni in volo e la successiva estrazione di un nuovo limite superiore della massa del neutrino muonico. A tal fine è stato sviluppato un Monte Carlo per valutare la risoluzione ottenibile in tale misura e per studiare le sorgenti di errore e configurare l apparato in modo ottimale. Il Monte Carlo ha rivelato che l attuale configurazione sperimentale porterebbe a ottenere un limite superiore m ν (µ)<6 MeV al 90% c.l., circa un fattore 0.4 rispetto alla misura di TOF di MINOS. Nel 2009 è stato realizzato un Monte Carlo per lo studio del limite superiore ottenibile in un generico esperimento di decadimento in volo e valutare la dipendenza dalla risoluzione in impulso, dalla precisione del valore della massa del pione, dal valore ipotetico della massa del neutrino ed infine dall energia del pione. Il Monte Carlo realizzato sfrutta librerie per la cifratura a 128 bit per gestire numeri a virgola mobile con mantissa arbitraria: tale strumento è stato necessario per permettere lo studio in intervalli di risoluzione in impulso e massa che copronofinoa20ordini di grandezza. I principali risultati di tale studiopossono essere riassunti come segue. L incertezza sulla ricostruzione della massa del neutrino consta di un termine proporzionale alla differenza di massa tra pione e muone, rendendo necessario raggiungere una risoluzione in impulso di 8 ev per risolvere neutrini di massa 1 ev. Inoltre, pur disponendo di risoluzione infinita in impulso, l incertezza attuale sul valore di massa del pione (350 ev) limita a circa 400 KeV la massa del meno massivo dei neutrini direttamente misurabili in esperimenti di decadimento del pione (figura 8 e tesi di dottorato). Questi risultati pongono importanti limiti alla ricerca sulla massa del neutrino muonico nel canale analizzato e indicano la necessità di migliorare la attuale conoscenza della massa del pione, necessaria anche in altri ambiti fondamentali essendo il più semplice stato q q. ν µ 16

17 Figure 7: Immagine dell evento di annichilazione di un antiprotone su neon ( p 20 Ne) e successivo decadimento di un pione π + µ + ν µ e + ν µ ν e ν µ ottenuto al CERN PS 179 UL (ev) M ν 6 M ν, p =68 MeV * π M UL, p =68 MeV π M ν, p =50 kev * π M UL, p =50 kev π M ν, π at rest * M UL, π at rest σ M(π) 6 (ev) Figure 8: Incertezza (in ascissa) sulla massa del pione richiesta per risolvere masse di neutrini (in ordinata) in decadimenti a due corpi, nel caso di un estimatore standard (in azzurro) e nel caso dell estimatore studiato (in arancio) Durante il periodo di dottorato il candidato si è anche occupato di biofisica, ottenendo la prima prova sperimentale della risonanza di ciclotrone (articoli [4] e [5]) attivata su una molecola di acido glutammico, immersa in campo magnetico statico paragonabile a quello terrestre e sottoposta a un campo magnetico variabile di µt a bassa frequenza (4- Hz). Le condizioni sperimentali simulano quelle tipiche della parete cellulare in condizioni normali se si è immersi in un campo variabile di intensità e frequenza simili a quelle ambientali prodotte dalla rete di alimentazione elettrica. Si studieranno in seguito gli effetti di tale risonanza sui processi di osmosi della parete cellulare: le esperienze 17

18 di vari gruppi di ricerca sembrano suggerire che vi siano possibili effetti benefici nei processi di rigenerazione cellulare, uniti a effetti negativi casuali sulla distruzione della cellula stessa. Il candidato partecipa anche al programma di ricerca dell esperimento COM- PASS del Cern, incentrato sulla misura della polarizzabilità del pione in processi di diffusione Compton Virtuale di pioni su nuclei pesanti (π ± Pb,π ± γpb) a basso Q 2. Per la misura di polarizzabilità del pione è stato sviluppato un sistema di separazione del fondo di π 0 mediante l uso di reti neurali in vista della presa dati del 20 e dell estrazione del valore definitivo con una precisione del %. La misura di processi di annichilazione q q in urti πp polarizzati permette l accesso diretto alle funzioni di distribuzione di spin trasverso dei partoni nel nucleone, ed in particolare h 1, h 1 (Boer-Mulders) e f 1T (Sivers): esse descrivono le distribuzioniinspintrasversodeiquarkinnucleonipolarizzatitrasversalmente(h 1 ) e non polarizzati (h 1 ) e la distribuzione dei quark non polarizzati in nucleoni polarizzati trasversalmente (f 1T ). L estrazione di tali distribuzioni permetterà di valutare inoltre il momento trasverso k T dei quark rispetto al momento del nucleone, necessario per la definizione del momento orbitale dei quark e contribuire quindi alla soluzione della nota crisi dello spin con la definizione delle funzioni di distribuzione generalizzate (GPD). La misura di Drell-Yan con fasci di pioni positivi e negativi permetterà inoltre la separazione automatica dei sapori coinvolti, essendo eseguita con fasci di pioni selezionabili. Nell ambito della preparazione di tale misura è stata realizzata la valutazione delle sezioni d urto Drell-Yan totali, a partire da misure differenziali realizzate a NA2, NA (CERN) e E615 (FermiLab), in x Bj, x F, τ e M µ µ, per la valutazione delle migliori condizioni sperimentali per la raccolta dati prevista per il La collaborazione all esperimento COMPASS ha richiesto la presenza al CERN del candidato per periodi di circa 3 mesi all anno per partecipazioni ai meeting, agli incontri di analisi dati, per periodi di presa dati, montaggio apparati e periodi di reperibilità continua come esperto dei rivelatori MWPC di responsabilità della sezione di Torino. Nell ambito del progetto Extreme Energy Events, finalizzato allo studio della radiazione cosmica di alta energia, svolge diverse attività a partire dal 2007, per l installazione e mantenimento dei telescopi, la didattica nelle scuole coinvolte e l analisi dei dati per l identificazione di eventi rari. Il progetto EEE a Torino conta tre telescopi MRPC in opera presso tre licei storici della città: l Alessandro Volta, il Galileo Ferraris e il Massimo D Azeglio, mentre diverse altre scuole collaborano con attività didattiche correlate al tema dei raggi cosmici e con misure sperimentali dimostrative realizzate con le cosmic box. Un quarto telescopio è in assemblaggio presso il liceo Giordano Bruno. Nell ambito dello sviluppo dei rivelatori le attività di ricerca attualmente in corso si sviluppano in diversi ambiti. In particolare è stato sviluppato un sistema di misura online della efficenza delle camere, integrato nel sistema di acquisizione del telescopio e basato sull utilizzo di rivelatori a scintillazione letti mediante fotodiodi. È nata inoltre una collaborazione del gruppo EEE Torino all interno del progetto Meteomet (European Metrology Research Program), per la realizzazione di un sistema integrato di misura di parametri ambientali di pressione, temperatura e umdità con finalità di controllo dei telescopi, di correzione 18

19 dei sistematici e dello studio di eventuali correlazioni con il flusso di cosmici. Tale lavoro, sebbene in fase preliminare, ha portato all osservazione di diminuzioni Forbush correlate con eiezioni di massa coronale [articolo 16]. Il lavoro di identificazione delle coincidenze doppie e triple procede dall inizio del progetto, attraverso l automazione della ricostruzione degli eventi e lo stoccaggio per la creazione di un data base la cui struttura semplifichi la ricerca di eventuali coincidenze. In prima analisi è stato già identificato un evento candidato di energia 17 ev, oggetto di un articolo pubblicato sul Giornale di Fisica, numero di Ottobre-Dicembre 20. Infine le attività di analisi vertono sulla misura del flusso di particelle provenienti da Terra, già isolato e in fase di studio per studiarne la significatività statistica e i sistematici correlati. Tale misura, qualora confermata, è di interesse per l astrofisica neutrinica e la geofisica. Il programma di ricerca del progetto EEE a Torino coinvolge inoltre il candidato in attività di sviluppo dei rivelatori utilizzati: è allo studio il posizionamento di scintillatori plastici in prossimità delle camere MRPC come sistema di trigger per i singoli telescopi al fine di valutarne l efficienza nella riduzione del fondo di coincidenze casuali. Si sta sviluppando un nuovo sistema di lettura della luce di scintillazione mediante diodi multipixel che avrebbe ricadute importanti anche nella fisica nucleare e particellare per la maggiore stabilità in campo magnetico rispetto ai tradizionali fototubi, il minore ingombro e le basse tensioni di alimentazione richieste. Presso l Università di Torino si svolge inoltre in modo continuativo il lavoro di proposta tesi nell ambito dell esperimento EEE e il conseguente tutoraggio degli studenti; sono già state discusse quattro tesi di laurea triennale per il corso di Studi in Fisica, inerenti le attività di simulazione MonteCarlo per la dislocazione dei telescopi e lo sviluppo e la caratterizzazione di nuovo hardware. Ogni anno vengono regolarmente proposte tesi per la laurea triennale e magistrale inerenti il progetto. In concomitanza, dal 2007 è stata svolta regolare attività didattica per il progetto EEE, in particolare lezioni introduttive sulla fisica moderna agli studenti delle scuole superiori partecipanti all esperimento, al fine di fornire le conoscenze base in meccanica quantistica, fisica delle particelle e astrofisica necessarie alla comprensione del programma di ricerca di EEE. Tale attività continuerà anche nei prossimi anni insieme ad un continuo lavoro di affiancamento dei docenti per il controllo dei telescopi nelle scuole e per il coinvolgimento dei partecipanti nell attività di analisi dei dati raccolti; si continuerà a dare supporto per l organizzazione delle attività didattiche finalizzate a stimolare l interesse degli studenti nei confronti del pensiero scientifico nella comprensione della natura. Dal 2012 si svolgono regolarmente incontri di formazione di gruppi ristretti di studenti dell ultimo anno delle scuole superiori presso il Dipartimento di Fisica, con la finalità di avvicinare ulteriormente alla fisica coloro i quali esprimono interesse per la materia attraverso la loro partecipazione attiva al progetto EEE. A gennaio 2013 il candidato ha organizzato la prima edizione della Scuola di Fisica, tenutasi presso l Aula Magna del Rettorato dell Ateneno di Torino. Durante i 3 giorni dell evento 220 studenti e 30 docenti degli Istituti di Istruzione Superiore hanno seguito 12 lezioni frontali e altrettante discussioni inerenti i diversi ambiti di ricerca in fisica: dalla Fisica delle Particelle all Astrofisica e alla Cosmologia e dalla Fisica Applicata ai Beni Culturali e alla Medicina alla Fisica dei Materiali e alle Nanotecnologie. L evento ha assunto validità di corso di aggiornamento presso le Scuole Superiori, con ente certificante il Dipartimento di Fisica dell Università di Torino. 19