,, Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca

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1 ,, Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca Dipartimento per l'università, l'alta Formazione Artistica, Musicale e Coreutica e per la Ricerca Direzione Generale per il Coordinamento e lo Sviluppo della Ricerca PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (D.M. 19 marzo 2010 n. 51) PROGRAMMA DI RICERCA - MODELLO A Anno prot. 2009W2LXP8 1 - Titolo del Progetto di Ricerca Testo italiano Astrofisica nei raggi gamma con il Cherenkov Telescope Array. Testo inglese Gamma Ray Astrophysics with the Cherenkov Telescope Array 2 - Area Scientifico-disciplinare 02: Scienze fisiche 100% 3 - Settori scientifico-disciplinari interessati dal Progetto di Ricerca FIS/05 - Astronomia e astrofisica FIS/01 - Fisica sperimentale 3 bis Settori di ricerca ERC (European Research Council) interessati dal Progetto di Ricerca PE Mathematics, physical sciences, information and communication, engineering, universe and earth sciences PE9 Universe sciences: astro-physics/chemistry/biology; solar system; stellar, galactic and extragalactic astronomy, planetary systems, cosmology; space science, instrumentation PE9_10 High energy and particles astronomy - X-rays, cosmic rays, gamma rays, neutrinos PE9_17 Instrumentation - telescopes, detectors and techniques 4 - Parole chiave Testo italiano ASTRONOMIA GAMMA TELESCOPI CHERENKOV FISICA ASTROPARTICELLARE Testo inglese GAMMA-RAY ASTRONOMY CHERENKOV TELESCOPES ASTROPARTICLE PHYSICS 5 - Coordinatore Scientifico BIGNAMI GIOVANNI FABRIZIO Professore Ordinario 10/04/1944 BGNGNN44D10D286O I.U.S.S. - Istituto Universitario di Studi Superiori - PAVIA Classe di SCIENZE e TECNOLOGIE Dipartimento di IUSS -- PAVIA 0382/ / giovanni.bignami@gmail.com MIUR - BANDO MODELLO A - 1 -

2 (Prefisso e telefono) (Numero fax) Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca 6 - Curriculum scientifico Testo italiano 1 - Sommario Cronologico -1968: Laurea in Fisica, Università di Milano (parte del lavoro di tesi all'imperial College, Londra) : precario presso la cattedra di Fisica Superiore (prof. G.P.S.Occhialini, U. Milano) e servizo militare : Ricercatore presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche : "Experiment Officer" nel progetto COS-B dell'esro : ESRO postdoc fellow a NASA, Goddard Space Flight Center, presso Dr.C.E. Fichtel e 1978 : Senior Fellowships della U.S. Academy of Sciences a NASA/GSFC : Consulente scientifico per l'esperimento EGRET sul Gamma ray Observatory della NASA -1981: "Doctorat d'etat es Sciences", Università di Parigi (valutazione : très honorable ) : Coordinatore europeo del Data Reduction Group del progetto dell'esa COS-B : Coordinatore italiano del progetto GAMMA-1, con USSR (IKI Mosca) e Francia (CEA Saclay e CNES) : Vice-chairman della commisione COSPAR "E-1" (Astrophysics) : membro dello Astronomy Working Group dell'esa : membro dello Assessment Study/Phase A Teams dell'esa per la missione GRASP : membro dello Users' Committee della missione GRO della NASA : Principal Investigator dello strumento European Photon Imaging Camera (EPIC) su XMM della ESA : Professore Straordinario e poi Ordinario di Fisica Generale, Università di Cassino : Principal Investigator del Key Programme ESO dedicato a Optical Identification of High Energy Sources -1991: membro dello INTEGRAL Study Team dell'esa per la Scientific Data Analysis : membro del Topical Team 3 per la definizione del programma ESA HORIZON : membro del Comitato Scientifico dell'agenzia Spaziale Italiana : membro dello Space Science Advisory Committee dell'esa -1995: Chairman dello Integral Science Evaluation Committee dell'esa -1997: Professore Ordinario di Astronomia, Università di Pavia : Direttore Scientifico dell'agenzia Spaziale Italiana : Delegato Italiano allo Science Programme Committee dell'esa : membro del Board of Trustees della International Space University, Strasbourg, Francia : Chairman del Gruppo per la propulsione interplanetaria dell'asi (con C. Rubbia) : Vice-Chairman del Science Programme Committee dell'esa : Chairman del comitato paritetico ASI-INFN per missioni spaziali interdisciplinari : Membro del Consiglio Scientifico centrale del CNRS, Francia membro del Consiglio Scientifico della "Federation de Recherche" APC, Université de Paris VII Direttore del Centre d'etude Spatiale des Rayonnements, CNRS, Toulouse, (170 persone, 10Meu/anno) Gruppo di lavoro interdisciplinare CNRS su Strategies Scientifiques en Europe Membro del Consiglio Scientifico dello International Space Science Institute (ISSI), Berne, CH Chairman dello Space Science Advisory Committee dell'esa Membro del CERES(Comitato per la ricerca e l'eplorazione spaziale) del CNES Responsabile della concezione e redazione del piano decennale dell'esa Cosmic Vision Chiamato nel corpo docente del nuovo Istituto Universitario di Studi Superiori di Pavia Presidente dell'agenzia Spaziale Italiana Presidente Consiglio Scientifico Groupment d'interet Scientifique P2I, 19 Istituti area Ile de France 2 - Programmi spaziali: partecipazione, gestione e coordinamento S-88 sul satellite ESRO TD-1 (astronomia gamma): progetto, calibrazione, analisi dati esperimento COS-B dello ESRO/ESA (astronomia gamma). Progetto, realizzazione prototipo, calibrazione, analisi dati. Coordinatore del Data Reduction Group ( ) esperimento SAS-2 della NASA (astronomia gamma). Calibrazione del prototipo e analisi dati Einstein Obs.(NASA), SAS-3 (NASA), EXOSAT (ESA), IUE (NASA/ESA). Analisi dati missione Gamma-1 (CNES/IKI), coordinatore Italiano. Missione SIGMA: Observateur Invité esperimento GRASP dell'esa (astronomia X e gamma): progetto della missione NASA COMPTON Gamma Ray Observatory Analisi dati esperimento EGRET Hubble Space Telescope della NASA. P.I. e CoI. di numerosi programmi. Analisi dati Osservatorio ROSAT (DARA/NASA/UK) (astronomia X). Analisi dati Missione Hipparcos dell'esa (astrometria). Analisi dati Principal Investigator dello strumento EPIC (European Photon Imaging Camera, 30 Meuro) su XMM-Newton, cornerstone dell'esa. Responsabilità scientifica e manageriale verso ESA di una collaborazione Europea di 13 Instituti (circa 210 persone) in quattro nazioni oggi Iniziatore della missione per astronomia gamma AGILE - partecipazione a sviluppo ed analisi dati 2000-oggi XMM/Newton (ESA) (Astronomia X) P.I. di diverse proposte. Analisi dati oggi Associate scientist alla missione NASA GLAST, ora FERMI. Analisi dati oggi Iniziatore dello studio per il progetto Simbol X nel quadro della collaborazione CNES/ASI 2006-oggi Analisi ed interpretazione dei dati Integral 3 - Incarichi di management e di consulenza scientifica Astronomy Working Group dell'esa Users' Committee, Compton Gamma Ray Observatory, NASA Space Science Advisory Committee dell'esa' 1994 Survey Committee "HORIZON 2000+" dell'esa' Comitato Scientifico della Agenzia Spaziale Italiana Chairman dello INTEGRAL Science Evaluation Committee dell'esa 1995 Chairman dello INTEGRAL Spectrometer Review Team del CNES (Francia) 1997 Chairman della task force su "Public Image of Space Science" dell'esa Direttore Scientifico dell'asi (responsabilità di budget: >200 mld/anno) Delegato Italiano allo Science Programme Committee dell'esa Vice-Chairman del Science Programme Committee dell'esa Consiglio scientifico centrale del CNRS francese Consiglio scientifico dell "Federation de Recherche" APC, Université de Paris VII Consiglio scientifico dello International Space Science Institute (ISSI), Berna, Svizzera Chairman dello Space Science Advisory Committee dell'esa Membro del CERES(Comitato per la ricerca e l'eplorazione spaziale) del CNES Responsabile della concezione e realizzazione di Cosmic Vision , piano scientifico a lungo termine ESA, con attività di coordinamento a livello europeo e 2007 Membro Comitato di Programma della World Conference on the future of Science, Venezia Membro dello Advisory Board del Festival della Scienza di Genova MIUR - BANDO MODELLO A - 2 -

3 2007 Chair di Panel per l'iniziativa Europea ASTRONET Presidente ELV (European Launch Vehicles, una compagnia di AVIO Group) Membro del Comitato Max-Planck-Gesellschaft per la selezione Direttore MPE Garching 2009 Membro del Comitato Promotore Science for Peace, Veronesi Foundation, Milan 2009 Coordinatore per Aerospazio nel Programma Nazionale Ricerca MIUR Premi e onorificenze 1993: Premio Bruno Rossi della HEAD della American Astronomical Society (con J. Halpern) 1997: Membro Corrispondente dell'accademia dei Lincei 2000: Full Member della International Astronautics Academy 2000: Officier de l'ordre National du Mérite de la Republique Francaise 2001: Scocio Ordinario, Istituto di Studi Superiori dell'insubria G. Cardano 2002: Medaglia Massey, Royal Society of London and COSPAR (con J. Paul) 2003: Membro della European Academy of Sciences 2004: Membro della Academia Europaea 2004: Premio quadriennale per l'astronomia, Ministero dei Beni Culturali della Repubblica Italiana 2006: Premio Lacchini per la diffusione della cultura scientifica in Italia 2006: Officier de la Legion d'honneur de la Republique Francaise 2008 : Membro corrispondente dell'istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti 2008: Membro titolare dell'academie de l'air et de l'espace, Toulouse, Francia 2009: Associé étranger, Acadèmie des Sciences, Francia 5 - Società professionali Società Italiana di Fisica - Société Française d'astronomie et d'astrophisique - American Astronomical Society - International Astronomical Union 6 - Selezione di Lezioni su invito e Conferenze 1977 American Physical Society, Washington, D.C. (Invited Talk) 1981 The Royal Astronomical Society, London (Invited Talk) 1981 International Cosmic Ray Conference, Paris (Rapporteur Talk) 1983 The Royal Astronomical Society, London (Invited Talk) 1990 COSPAR General Assembly, Den Haag (Invited paper) 1994 IAU Symposium #168, Den Haag (Invited Paper) 1994 Rossi Prize Lecture, American Astronomical Society, Minneapolis 1996 Les Houches School on Space Astronomy, Invited lecture 1997 CERN Colloquium Neutron Stars 1998 Keynote Address, Planetary Sciences Division, American Astronomical Society, Padua 1999 Director's Scientific Colloquium, NASA/GSFC 1999 CERN Colloquium The Italian Quintet 2000 Keynote Address, NASA/ASI Workshop, Venice 2001 American Astronomical Society, Baltimore: Galileo's Heritage (Keynote lecture) 2001 Moriond Astrophysics Meeting, Summary Talk 2002 CERN Colloquium Cosmology from Space 2003 Ouvertures de l'universitè de Toulouse : La vie et les planètes : la science et le mythe 2004 Festival della Scienza di Genova, Conferenza Inaugurale su La Luna 2004 Università di Pavia: Prolusione Anno Accademico su L'Italia nello Spazio 2004 Moriond Astrophysics Meeting Neutron Star Astronomy 2005 Festival della scienza di Genova : I marziani siamo noi 2006 CERN Academic Training Course (5 lezioni): Astronomy from Space 2006 Scuola Superiore della Pubblica Amministrazione, Roma : La ricerca in Europa 2006 Keynote Speech, SpacePart World Conference on Astroparticle Physics, Pechino 2006 World Conference on the Future of Science, Venezia, invited talk 2006 Festival della scienza di Genova: I pianeti e la vita 2007 Scuola Normale, Colle Val D'Elsa : Cinquat'anni di spazio, da Sputnik a Marte: adesso tocca a voi Festival della Scienza di Roma: Conferenza di Apertura 2009 CERN invited talk at Carlo Rubbia's Fest: Exploring the Universe with Carlo 2009 Roma sezione INFN-La Sapienza : corso su Astrofisica Alte Energie Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca 8 - Perscorso scientifico e professionale Il lavoro di ricerca di GFB riguarda molti aspetti della astrofisica spaziale, dalla concezione di missioni, strumenti ed osservazioni all'analisi dei dati e alla loro interpretazione. Il tema centrale è quello dell'astrofisica delle alte energie ma anche quello delle osservazioni astronomiche a multilunghezze d'onda, necessarie per capire completamente la fisica degli oggetti, compatti e non, studiati o scoperti con missioni spaziali. La indagine teorica ha portato alla scoperta di un nuovo tipo di stelle di neutroni, ma anche ad una possibile spiegazione della distribuzione di antimateria nella Galassia Dopo il suo lavoro di tesi (1968) nel gruppo del prof. Occhialini, GFB si è occupato della progettazione, costruzione e sfruttamento scientifico della prima generazione di strumenti per astronomia gamma in Europa, poi volati sulla missione TD1 della ESRO nel In parallelo, partecipava alla concezione ed al progetto iniziale della missione europea COS-B. Al Goddard Space Flight Center della NASA ( ), ha analizzato ed interpretato i primi dati di astronomia gamma della missione SAS-2, sia in termini di fisica dei raggi cosmici galattici, sia di sorgenti compatte, partecipando alla scoperta della emissione gamma dai pulsar Crab e Vela ed alla prima osservazione della sorgente più tardi (1976) da GFB chiamata Geminga. Il lavoro sulle sorgenti compatte fu poi esteso ad includere il caso extragalattico, portando, nel 1979, a previsioni sul conteggio e sulla visibilità di galassie come sorgenti gamma, previsioni poi confermate dalla missione NASA Gamma-Ray Observatory. Dal lancio di COS-B, la prima missione della neonata European Space Agency nel 1975, GFB ha partecipato, con un ruolo sempre maggiore, nella gestione orbitale della missione ed allo sfruttamento scientifico dei dati, compresa la pianificazione ed il controllo delle osservazioni, fino al ruolo europeo di Data Analysis Coordinator. Ha partecipato attivamente della scoperta delle sorgenti gamma e ha coordinato il loro studio come nuova realtà astronomica. Ha coordinato a livello europeo scoperta della prima sorgente gamma extragalattica, il quasar 3C273 (1981). Nello stesso tempo, GFB è stato tra i primi a capire l'importanza dell'astronomia a multi-lunghezza d'onda per la identificazione e la comprensione delle sorgenti. L'esempio centrale è il lavoro su Geminga, la prima sorgente del cielo gamma ad essere identificata. La ricerca è durata più di vent'anni, con tutti i mezzi disponibili dell'astronomia da terra e dallo spazio.il metodo Geminga è usato ancora oggi in tutto il mondo per lo studio di stelle di neutroni isolate. GFB ed il suo gruppo hanno avuto un ruolo determinante nello studio delle stelle di neutroni isolate. Dal 1988 al 1998 GFB è stato il Principal Investigator di EPIC, lo strumento di piano focale della missione cornerstone dell'esa XMM/ Newton perastronomia X. L'esperimento, consegnato nei tempi e all'interno del budget previsto nel 1998, è in orbita dal dicembre 1999 e funziona perfettamente. Nel 1995 GFB ha presiuduto il comitato per la configurazione finale della missione INTEGRAL, in orbita con successo dall'ottobre In parallelo GFB ha continuato il suo lavoro sulla comprensione delle stelle di neutroni partecipando, tra l'altro, alla misura del moto proprio e della parallasse di Geminga, la prima parallasse ottica di una stella di neutroni. Dal 1997 al 2002, GFB è stato Direttore Scientifico dell'agenzia Spaziale Italiana, introducendo un nuovo stile di pianificazione, con una regolare interazione con la comunità scientifica, creando un aumento della presenza di gruppi italiani in attività spaziali. Durante la sua gestione, il budget dedicato alla scienza è aumentato da meno di 90 miliardi di lire nel 1997 a circa 216 Miliardi nel All'interno di ASI, GFB ha lanciato il programma di piccole missioni scientifiche. La prima di queste, AGILE, un programma da 100 Meuro con una PMI come capocommessa (per la prima volta in Italia) è stata lanciata con successo il 23 aprile Dal 1997 al 2002, GFB ha comunque continuato la sua ricerca scientifica, con osservazioni su stelle di neutroni, utilizzando dati Hipparcos, ROSAT e VLT. Ha poi esteso i suoi interessi alla fisica delle astroparticelle, soprattutto in collaborazione con l'infn, IN2P3 ed il College de France, presso il quale è membro del Consiglio Scientifico della nuova realtà francese di astropartcelle sul campus di Tolbiac dell'universitè Paris VII. Dal 2003 al 2006 è stato Direttore del Centre d'etude Spatiale des Rayonnements, Toulouse ( Il percorso scientifico di GFB continua con nuovi aspetti della fisica delle stelle di neutroni. Utilizzando XMM-Newton, GFB ha coordinato le osservazioni della stella di neutroni radio-quieta 1E , ottenendo la prima misura in situ del campo magnetico di una stella di neutroni isolata. GFB ha partecipato alla MIUR - BANDO MODELLO A - 3 -

4 scoperta della prima onda d'urto visibile in raggi X da una stella di neutroni. Nel 2005 ha iniziato a collaborare con colleghi dello IN2P3 per studiare il quantum vacuum lensing e la produzione di bosoni pseudoscalari in sistemi binari di stelle di neutroni. GFB è stato invitato per due volte a scrivere l'articolo feature per la rivista Physics World su questi argomenti. Dal 2002 è stato nominato dalla NASA Associate Scientist per la missione GLAST, in orbita dal giugno 2008 col nome di Osservatorio Fermi. I primi risultati di Fermi confermano che le sorgenti gamma scoperte decenni fa sono oggetti simili a Geminga. Recentemente (Dicembre 2009) la rivista Science ha classificato il risultato della missione Fermi sulle stelle di neutroni in raggi gamma come il numero due tra i primi dieci risultati scientifici del In parallelo al lavoro sulla fisica delle stelle di neutroni, GFB ha partecipato alla analisi dati della missione Integral sulla distribuzione di antimateria nel centro della Galassia, scoprendone la fondamentale asimmetria. Dalla fine del 2008, GFB si occupa di meccanismi di produzione di neutrini di alta energia in sorgenti cosmiche a previsioni molto concrete sulle prime sorgenti di neutrini che saranno visibili a rivelatori come Ice Cube. Da anni GFB si impegna nella gestione ed organizzazione della politica della ricerca a livello europeo. Il CNES lo ha nominato nel suo comitato per le strategie (CERES). Nel triennio , GFB è stato presidente dello Space Science Advisory Committee, il massimo comitato di consulenza scientifica dell'agenzia Spaziale Europea. Da 20 anni un italiano non presiedeva il SSAC, l'ultimo era stato Edoardo Amaldi. GFB ha dedicato, e dedica, tempo alla diffusione della cultura scientifica, ma anche all'opinion making sulla politica della ricerca in Italia ed Europa. Tiene molte conferenze pubbliche ogni anno in Europa, scrive regolarmente per quotidiani e riviste in Italia ed Europa, per un totale di più di 300 titoli. Dal 2002 al 2007 ha tenuto una rubrica mensile su Le Scienze. Ha scritto di politica spaziale e di politica della ricerca su: International Herald Tribune (6 pezzi di opinione), Nature (18), Science (10), Le Figaro, La Recherche, Governareper,Le Scienze (76 articoli), Il Corriere della Sera(80), Il Sole24ore (19), Aspenia etc. Tiene una rubrica su Vanity Fair e collabora con Wired, Darwin, Limes, etc. GFB ha scritto quattro libri, uno dei quali è la prima traduzione poetica inglese (in pentametri giambici) del lungo poema di Galileo Galilei in terzine dantesche Contro il portar la toga. Il secondo, La Storia nello Spazio, è centrato sull'intreccio tra scienza spaziale e storia della cultura italiana. Selezionato per la Fiera del Libro di Parigi nel 2002, ne è ora disponibile la versione francese Explorer l'esplace pour remonter le temps per i tipi di Odile Jacob, Parigi (2006). Il quarto, intitolato L'esplorazione dello spazio, è uscito per Il Mulino (Bologna, 2006). Per Il Mulino ha collaborato a Una dote per il merito, di G.Tognon (2006) con il capitolo Il merito diffuso. Ricerca in Europa, ricerca in Italia e ricerca nello spazio. Per Marsilio ha collaborato a Idea di Natura con il capitolo Oltre il Sistema Solare (Venezia, 2008). 7- Pubblicazioni La lista completa dei lavori di GFB (più di 600 titoli) è all'indirizzo milano.inaf.it/~gfb/personal.html : -Articoli su giornali internazionali con referee: 189 (da ADS) -Articoli su Invito 65 -Altri articoli 163 -Libri (in inglese, francese e italiano) 4 -articoli di divulgazione (inclusi contributi a diverse Enciclopedie,etc.) > 300 Numero totale citazioni:>6800 (da ADS) Testo inglese 1. Milestones -1968: Laurea in Physics Milan U. with G. Occhialini (part of thesis at Imperial College, London) : Assistant to the Chair of Advanced Physics, Univ. of Milan : Research Scientist at the Italian Consiglio Nazionale delle Ricerche, Milan : ESRO fellowship at the NASA Goddard Space Flight Center and 1978 : U.S. Academy of Sciences Senior Fellowships, NASA/GSFC : Assistant Professor at the Catholic University of America (Wash. D.C., USA) -1979: Visiting scientist at the Max-Plank Ins. fur Kernphysik, Heidelberg, Germany : "Doctorat d'etat es Sciences", University of Paris ( très honorable ) -1989: Visiting Professor at the Université de Paris VII : Full Professor of General Physics, Univ. of Cassino present : Full Professor of Astronomy, University of Pavia, now at IUSS, Pavia : Director of Science, Italian Space Agency, Rome Director of the Centre d'etude Spatiale des Rayonnements, CNRS, Toulouse, France President, Italian Space Agency, Rome present President, Scientific Council, Groupment d'interet Scientifique P2I, Paris (grouping of 19 physics University Institutes and Research Labs in the Ile de France ) 2. Selected Space Project Contributions ESRO/ESA COS-B experiment ( -ray astronomy). Design work with industry, prototype calibration. Flight data analysis. Data Reduction Group Coordinator ( ) NASA SAS-2 experiment ( -ray astronomy). Prototype calibration. Flight data analysis NASA Einstein Obs. NASA SAS-3, ESA EXOSAT, NASA/ESA IUE. Flight data analysis CNES/IKI : Gamma-1 mission, Italian coordinator. SIGMA mission, Observateur Invité ESA GRASP experiment (X/ -ray astronomy) : mission design, study member NASA/ESA Hubble Space Telescope: P.I. of several proposals : P. I. of the ESO Key Programme on Optical Identification of High Energy Sources ESA Hipparcos (astrometry): Flight data analysis Principal Investigator on the EPIC (European Photon Imaging Camera) on XMM-Newton, ESA cornerstone mission. Scientific and managerial responsibility towards ESA and towards the European Collaboration of 13 institutes in four nations Initiator at ASI of the Italian gamma-ray astronomy mission AGILE 2000-present ESA XMM/Newton: P.I/Co-Pi of several proposals. Flight data analysis present NASA GLAST (now FERMI ) gamma-ray astronomy mission. Associate scientist 2005-present Co-initiator of the French-Italian Simbol-X mission for X-ray Astronomy 2006-present ESA INTEGRAL (gamma-ray astronomy): Flight data analysis and interpretation 3. Coordinating, Advisory and other Appointments ESA's Astronomy Working Group NASA's Gamma Ray Observatory Users' Committee ESA's Space Science Advisory Committee 1994 ESA's Survey Committee "HORIZON 2000+" Science Committee, Italian Space Agency (ASI) Chairman, ESA INTEGRAL Science Evaluation Committee 1995 Chairman, the INTEGRAL Spectrometer Review Team of CNES (France) 1997 Chairman, ESA's task force on "Public Image of Space Science" Italian Delegate, ESA's Science Programme Committee-elected Vice-Chair : Board of Trustees, International Space University, Strasbourg, France Scientific Council, CNRS (France) Scientific Council, "Federation de Recherche" APC, Université de Paris VII Scientific Council of the International Space Science Institute (ISSI), Berne, Switzerland Chairman, ESA's Space Science Advisory Committee Member, Group ad hoc Astronomie, CNES (French Space Agency) Member, CERES (Comité d'evaluation de la Recherche et l'exploration Spatiale), CNES Coordinator, ESA new Decadal Plan Cosmic Vision MIUR - BANDO MODELLO A - 4 -

5 Member, Scientific Council, P2I, Universitè Paris/Tolbiac (France) President, ELV (European Launch Vehicles, an Italian public-private company) Member, Max-Planck Selection Committee for the Director, MPE Garching Aerospace Coordinator, Italian National Programme for Research 4. Honours and Academies 1993: Bruno Rossi prize of the HEAD, American Astronomical Society (with J. Halpern) 1997: Member (Corresponding), Accademia dei Lincei 2000: Full Member, International Astronautics Academy 2000: Officier de l'ordre National du Mérite de la République Française 2002: Royal Society/COSPAR Massey Award (with J. Paul) 2004: Astronomy Prize, Italian Culture Ministry (prize given every four years) 2004: Member, European Academy of Sciences 2005: Member, Academia Europaea 2006: Premio Lacchini (Italy) for the diffusion of Astronomical Culture 2006: Officier de la Légion d'honneur de la République Française 2008: Corresponding Member of the «Istituto Veneto di Scienze, Lettere ed Arti», Venice, Italy 2008: Membre Titulaire, Académie de l'air et de l'espace, Toulouse, France 2009: «Associé étranger», Académie des Sciences, France 5. Professional Societies - Società Italiana di Fisica - Société Française d'astronomie et d'astrophisique - American Astronomical Society (AAS) - International Astronomical Union (IAU) SUMMARY OF GFB'S SCIENCE CONTRIBUTIONS TO SPACE ASTROPHYSICS Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca GFB was instrumental in developing gamma-ray astronomy as a new space-age discipline. After taking part, in the early seventies, in the understanding of the diffuse gamma-ray emission from our Galaxy in terms of cosmic-ray protons and electrons interacting with interstellar gas, and in the first detection of a gamma-ray pulsar (the Crab, 1974), he later (1981) led the work yielding the discovery of the first extragalactic gamma-ray source, the QSO 3C273. He took part (early eighties) in the original discovery of the population of gamma-ray sources in our Galaxy, and, in particular, his research ( ) on the identification and understanding of Geminga (which he named) as the first of a new class of gamma-ray neutron stars remains a template until today. He led the X-ray and optical observations as well as their interpretation. GFB created a new school on the phenomenology and physics of neutron stars Combining, over the last 15 years, gamma- and X-ray astronomy (using the XMM/NEWTON mission), optical and other types of data, the observational and interpretative work of GFB' group has yielded a number of important first results, like the first in situ measurement of an isolated neutron star magnetic field, the first evidence of high-energy particle acceleration by a gamma-ray pulsar, the tracking of a neutron star rotation from its thermal surface emission, the first optical parallax of a neutron star (Geminga) and the optical proper motion determination of several other neutron stars. In 2005, theoretical work of GFB explored the possibility of quantum vacuum lensing and quantum vacuum friction around magnetized neutron stars, discussing the creation of light pseudoscalar bosons and predicting their observability in a specific neutron star-neutron star binary system. In 2008, GFB, exploiting INTEGRAL data, contributed to another first result in high-energy astronomy: the gamma-ray evidence for the galactic antimatter content being traceable to neutron stars in special binary systems, located in the central regions of our Galaxy. Currently, GFB participates also in the analysis of data of the AGILE and FERMI observatories, now showing that many of the galactic gamma-ray sources, unidentified for decades, are in fact Geminga-like, i.e. isolated neutron stars only emitting gamma-rays. In Dec. 2009, Science magazine ranked the Fermi result on gamma-rays from neutron stars as the # 2 scientific result of the year. GFB has also recently worked on the AGILE/Fermi results on the discovery of gamma-ray emission from the Cyg X-3 microquasar. This result follows predictions made by GFB in Publications Complete list: source ADS) It can be divided as follows: -Papers in international refereed journals: 187 (source ADS) -Invited papers 64 -Other scientific papers 163 -Books (in English, French and Italian) 4 -Newspaper (including 6 IHT op-eds) and other articles (book chapters, Encyclopaedias,...) > 300 GFB is a frequent keynote speaker at public events in Italy and at European Institutions. SUMMARY OF GFB'S CONTRIBUTIONS TO RESEARCH IN SPACE: FROM HARWARE PROJECT-MAKING, TO MANAGEMENT, TO POLICY- MAKING GFB has been involved in scientific space activities from his thesis years ( ) until today. He contributed to all European (and most U.S.) missions in high-energy astrophysics, and was, in general, active in promoting and directing space research in Italy, France and Europe. His scientific and management roles in space missions have been increasing since his start on ESRO's TD-1 ( ) and NASA's SAS-2 (1973-5). For ESA's first satellite, COS-B ( ), he represented Milan and was later mission Data Reduction Coordinator (1981). In parallel, he led the Italian hardware participation to the Franco-Soviet Gamma-1 mission ( , when Italy withdrew from the project for political reasons). He also worked on data from NASA's Einstein Observatory and SAS-3, on ESA's EXOSAT and IUE, etc. In 1987, he was selected as Principal Investigator for the focal plane instrument of ESA's cornerstone mission in X-ray astronomy XMM-Newton (flown in 1999). He named the instrument EPIC (European Photon Imaging Camera) and was its P.I. until 1997, leading the European collaboration of institutes, space agencies and industries to a delivery on time and within budget. EPIC has been in orbit for 10 years now, and is arguably the most productive X-ray astronomy instrument ever flown. From 1983 to 1997, he was a member of various scientific advisory bodies of ESA, NASA, CNES, COSPAR (Vice-Chair, Commission E1) and ASI (Italian Space Agency), taking part in mission selections such as that of ESA's INTEGRAL, for which he chaired the Payload Selection Committee. INTEGRAL has been in orbit since 2002, and its payload is doing well. In 1997, GFB joined ASI as Director of Science, a position he held until In that capacity, among other duties, he started a series of national scientific missions, the first of which, AGILE, has been doing breakthrough gamma-ray astronomy since He was responsible for the management of the Italian-Dutch X-ray MIUR - BANDO MODELLO A - 5 -

6 astronomy mission BeppoSAX ( ), well-known for its discoveries on gamma-ray bursts. At ASI, GFB was responsible for the approval Italy's participation in the NASA SWIFT and GLAST (now FERMI) missions, both successfully in orbit since 2004 and From 2003 to 2006, GFB was Director of the Centre d'etude Spatiale des Rayonnements (Toulouse), one of the most important space research laboratories in France, participating in hardware contributions and data analysis of diverse missions. He was also member of several French space advisory bodies, helping to shape France's scientific policy in space. From 2004 to 2006, he was Chairman of ESA's Space Science Advisory Committee. In his (extended) mandate, he led ESA's Cosmic Vision, Europe's long-term ( ) programme of space science, in consultation with the science community and Europe's Space Agencies and political bodies. In April 2007 he was nominated by Prime Minister Romano Prodi as President of ASI for four years. ASI has a budget of 800 M/y and is ESA's 3rd largest contributor. As Head of the Italian Delegation in ESA, GFB was instrumental in supporting European space research in all fields and in strengthening bilateral relations with Germany and France. Worldwide, as ASI President GFB increased Italy's role in Africa (e.g. Kenya), Asia (e.g. India), the Americas (NASA, of course, but also Canada, Argentina, etc.) and Russia (RKA), with collaborations on Earth observations, space science and more. In August 2008 the incoming Berlusconi Government unilaterally terminated GFB's mandate at ASI. He resumed his duties as Professor of Astronomy at IUSS, Pavia. However, he has since been nominated (June 09) Aerospace Coordinator of Italy's National Programme for Research. GFB is a recognized opinion-maker in the field of space, and contributes regularly to media and newspapers worldwide, including commentaries and editorials in Science, Nature and the International Herald Tribune. (Within Italy, since 1977 he is a regular contributor to the Corriere della Sera and other dailies such as Il Sole24 ore, etc. Among other general readership publications, has had for 5 years a rubric in the monthly Le Scienze, the Italian version of Scientific American, and since 2004 has a rubric in the weekly Italian Vanity Fair.) 7 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Coordinatore Scientifico 1. BIGNAMI G. (2009). Two missions, one microquasar. SCIENCE, vol. 326; p , ISSN: A. PELLIZZONI, A. TROIS, M. TAVANI, M. PILIA, A. GIULIANI, G. PUCELLA, P. ESPOSITO, S. SABATINI, G. PIANO, A. ARGAN, G. BARBIELLINI, A. BULGARELLI, M. BURGAY, P. CARAVEO, P. W. CATTANEO, A. W. CHEN, V. COCCO, T. CONTESSI, E. COSTA, F. DAMMANDO, E. DEL MONTE, G. DE PARIS, G. DI COCCO, G. DI PERSIO, I. DONNARUMMA, Y. EVANGELISTA, M. FEROCI, A. FERRARI, M. FIORINI, F. FUSCHINO, M. GALLI, F. GIANOTTI, A. HOTAN, C. LABANTI, I. LAPSHOV, F. LAZZAROTTO, P. LIPARI, F. LONGO, M. MARISALDI, M. MASTROPIETRO, S. MEREGHETTI, E. MORETTI, A. MORSELLI, L. PACCIANI, J. PALFREYMAN, F. PEROTTI, P. PICOZZA, C. PITTORI, A. POSSENTI, M. PREST, M. RAPISARDA, A. RAPPOLDI, E. ROSSI, A. RUBINI, P. SANTOLAMAZZA, E. SCALISE, P. SOFFITTA, E. STRIANI, M. TRIFOGLIO, E. VALLAZZA, S. VERCELLONE, F. VERRECCHIA, V. VITTORINI, A. ZAMBRA, D. ZANELLO, P. GIOMMI, S. COLAFRANCESCO, A. ANTONELLI, L. SALOTTI, N. DAMICO, BIGNAMI G. (2010). Detection of Gamma-Ray Emission from the Vela Pulsar Wind Nebula with AGILE. SCIENCE, vol. 327; p , ISSN: BIGNAMI G. (2009). Celebrating the 400th anniversary of telescope astronomy. SCIENCE, vol. 324; p , ISSN: A. A, ABDO, M.ACKERMANN, M, AJELLO, W.B, ATWOOD, M, AXELSSON, L, BALDINI, J, BALLET, D.L, BAND, G, BARBIELLINI, D, BASTIERI, M, BATTELINO, B. M, BAUGHMAN, K, BECHTOL, R, BELLAZZINI, B, BERENJI, G.F, BIGNAMI G., ET AL (2009). Fermi/Large Area Telescope Bright Gamma-Ray Source List. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 183; p , ISSN: X 5. A. A. ABDO, M. ACKERMANN, B. ANDERSON, M. AXELSSON, L. BALDINI, J. BALLET, D. L. BAND, G. BARBIELLINI, J. BARTELT, D. BASTIERI, B. M. BAUGHMAN, K. BECHTOL, D. BÉDÉRÈDE, F. BELLARDI, R. BELLAZZINI, B. BERENJ, BIGNAMI G., ET AL (2009). The Large Area Telescope on the Fermi Gamma-Ray Space Telescope Mission. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 697; p , ISSN: X 6. A. PELLIZZONI, M. PILIA, A. POSSENTI, A. CHEN, A. GIULIANI, A. TROIS, P. CARAVEO, E. DEL MONTE, F. FORNARI, F. FUSCHINO, S. MEREGHETTI, M. TAVANI, A. ARGAN, M. BURGAY, I. COGNARD, A. CORONGIU, E. COSTA, N. D'AMICO, A. DE LUCA, P. ESPOSITO, Y. EVANGELISTA, M. FEROCI, S. JOHNSTON, M. KRAMER, F. LONGO, M. MARISALDI, G. THEUREAU, P. WELTEVREDE, G. BARBIELLINI, F. BOFFELLI, A. BULGARELLI, P. W. CATTANEO, V. COCCO, F. D'AMMANDO, G. DE PARIS, G. DI COCCO, I. DONNARUMMA, M. FIORINI, T. FROYSLAND, M. GALLI, F. GIANOTTI, C. LABANTI, I. LAPSHOV, F. LAZZAROTTO, P. LIPARI, T. MINEO, A. MORSELLI, L. PACCIANI, F. PEROTTI, G. PIANO, P. PICOZZA, M. PREST, G. PUCELLA, M. RAPISARDA, A. RAPPOLDI, S. SABATINI, P. SOFFITTA, M. TRIFOGLIO, E. VALLAZZA, S. VERCELLONE, V. VITTORINI, A. ZAMBRA, D. ZANELLO, C. PITTORI, F. VERRECCHIA, B. PREGER, P. SANTOLAMAZZA, P. GIOMMI, L. SALOTTI, BIGNAMI G. (2009). Discovery of New Gamma-Ray Pulsars with AGILE. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 695; p. L115-L119, ISSN: X 7. ABDO, A. A, ACKERMANN, M, AJELLO, M, ATWOOD, W. B, AXELSSON, M, BALDINI, L, BALLET, J, BARBIELLINI, G, BARING, M. G, BASTIERI, D, BAUGHMAN, B. M, BECHTOL, K, BELLAZZINI, R, BERENJI, B, BIGNAMI G., ET AL (2009). Detection of 16 gamma-ray pulsars through blind searches using the Fermi LAT. SCIENCE, vol. 325; p , ISSN: BIGNAMI G. (2009). The Legacy of Edoardo Amaldi in Science and Society. Physics in Space. vol. 100, p , ROMA: Ferroni 9. BIGNAMI G. (2008). A vision for Space Science. EXPERIMENTAL ASTRONOMY, vol. 23; p. 1-3, ISSN: BIGNAMI G. (2008). Gamma rays and Neutron Stars. SCIENCE, vol. 322; p , ISSN: DUPAYS A, RIZZO C, BAKALOV D, BIGNAMI G. (2008). Quantum Vacuum Friction in Highly Magnetized Neutron Stars. EUROPHYSICS LETTERS, vol. 82; p , ISSN: G.WEIDENSPOINTNER, G, SKINNER, P. JEAN, J. KNOEDLSEDER, P. VON BALLMOOS, BIGNAMI G. (2008). An asymmetric distribution of positrons in the galactic disk revealed by gamma-rays. NATURE, vol. 451; p , ISSN: BIGNAMI G. (2007). A Heavenly half century. INTERNATIONAL HERALD TRIBUNE, vol. July, 17; p. 8, ISSN: BIGNAMI G. (2007). Sputnik and satellite astronomy. SCIENCE, vol. 318; p , ISSN: A. DELUCA, P.A. CARAVEO, F. MATTANA, S.MEREGHETTI, BIGNAMI G. (2006). On the complex x-ray structure tracing the motion of Geminga. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 445; p , ISSN: A. DELUCA, P.A. CARAVEO, S.MEREGHETTI, A. TIENGO, BIGNAMI G. (2006). A Long-Period, Violently-Variable X-ray Source in a young SNR. SCIENCE, vol. 313; p , ISSN: BIGNAMI G., A. DUPAYS (2006). Clearing up dark matter. PHYSICS WORLD, vol. 19; p , ISSN: A. DELUCA, P.A. CARAVEO, S.MEREGHETTI, M. NEGRONI, BIGNAMI G. (2005). On the polar caps of the three musketeers. THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 623; p , ISSN: X 19. A.DUPAYS, C. ROBILLIARD, C. RIZZO, BIGNAMI G. (2005). Looking for light pseudoscalar bosons in the binary systen J PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 95; p , ISSN: A.DUPAYS, C. ROBILLIARD, C. RIZZO, BIGNAMI G. (2005). Observing Quantum vacuum lensing in a neutron star binary system. PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 94; p , ISSN: A.PELLIZZONI, A. DE LUCA, S. MEREGHETTI, A. TIENGO, P. CARAVEO, M. TAVANI, BIGNAMI G. (2004). A first XMM.Newton look at the relativistic double pulsar PSRJ THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, vol. 612; p. L49-L52, ISSN: X 22. P.A. CARAVEO, A. DELUCA, S.MEREGHETTI, A. PELLIZZONI, BIGNAMI G. (2004). Phase resolved spectroscopy of Geminga shows rotating hot spot(s). SCIENCE, vol. 305; p , ISSN: BIGNAMI G., P. A. CARAVEO, A. DELUCA, S. MEREGHETTI (2003). DISCOVERY OF X-RAYS CYCLOTRON ABSORPTION LINES MEASURES THE MAGNETIC FIELD OF AN ISOLATED NEUTRON STAR. NATURE, vol. 423; p , ISSN: P.A. CARAVEO, BIGNAMI G., A. DELUCA, S.MEREGHETTI, A. PELLIZZONI, R. MIGNANI, A. TUR, W. BECKER (2003). GEMINGA'S TAILS : A PULSAR BOW-SHOCK PROBING THE INTERSTELLAR MEDIUM. SCIENCE, vol. 301; p , ISSN: BIGNAMI G. (2002). GAMMA-RAY ASTRONOMY WITH INTEGRAL. SCIENCE, vol. 298; p. 1560, ISSN: MIUR - BANDO MODELLO A - 6 -

7 26. L. STRUDER, BIGNAMI G., ET AL. (2001). THE EUROPEAN PHOTON IMAGING CAMERA ON XMM-NEWTON: THE PN-CCD CAMERA. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 365; p. L18-L21, ISSN: M.J.L. TURNER, A. ABBEY, M. ARNAUD, M. BALASINI, M. BARBERA, E. BELSOLE, P.J. BENNIE, J.P. BERNARD, BIGNAMI G., ET AL (2001). THE EUROPEAN PHOTON IMAGING CAMERA ON XMM-NEWTON: THE MOS CAMERAS. ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, vol. 365; p. L27-L30, ISSN: BIGNAMI G. (2000). FASTER, BETTER, CHEAPER? AGENCIES AND SCIENTISTS. SCIENCE, vol. 290; p. 1297, ISSN: BIGNAMI G. (1996). ISOLATED NEUTRON STARS. SCIENCE, vol. 271; p , ISSN: BIGNAMI G., P.A CARAVEO (1996). GEMINGA: ITS PHENOMENOLOGY, ITS FRATERNITY AND ITS PHYSICS. ANNUAL REVIEW OF ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS, vol. 34; p , ISSN: Elenco delle Unità operative Unità Responsabile dell'unità di Ricerca Qualifica Ente Disponibilità temporale indicativa prevista I BIGNAMI Giovanni Fabrizio Professore Ordinario I.U.S.S. - Istituto Universitario di Studi Superiori - PAVIA mesi/persona previsti II SACCO Bruno Dirigente di ricerca Istituto Nazionale di Astrofisica III PAOLETTI Riccardo Professore Associato confermato 34.3 Università degli Studi di SIENA 21 IV DE ANGELIS Alessandro Professore Ordinario Università degli Studi di UDINE 17 V MARIOTTI Mose' Ricercatore confermato 9 - Abstract del Progetto di Ricerca Università degli Studi di PADOVA 57.1 Testo italiano Lo studio dell'universo nella banda dei raggi gamma di altissima energia (da 100 GeV a 100 TeV) ha compiuto passi da gigante negli ultimi dieci anni, entrando in una fase matura grazie all'ultima generazione di esperimenti. I telescopi Cherenkov attualmente operativi (HESS, MAGIC, VERITAS, CANGAROO) hanno già dimostrato di poter avere un impatto straordinario per la nostra comprensione di grandi problemi di astrofisica e fisica fondamentale, dall'origine dei raggi cosmici galattici alla fisica degli oggetti compatti, dalla storia della formazione delle strutture alla validità del modello standard e della relatività generale. A questo scenario così stimolante si affianca l'attività simultanea di due nuovi osservatori spaziali, AGILE (dell'agenzia Spaziale Italiana) e, soprattutto, Fermi (della NASA, con forte partecipazione italiana ed europea), che stanno offrendo una nuova visione del cielo ad energie leggermente inferiori, fra 50 MeV e 100 GeV. L'astronomia gamma sta vivendo un'epoca straordinaria. In questo panorama si è aggregata una grande collaborazione di fisici ed astrofisici europei per la definizione, il progetto e la realizzazione del più potente telescopio Cherenkov del mondo: il Cherenkov Telescope Array (CTA). CTA sarà costituito dall'insieme di un centinaio di telescopi di tre tipi: grandi (diametro di m), finalizzati a rivelare i fotoni di più bassa energia; medi (12 m); piccoli (4-7 m), ottimizzati per i fotoni di più alta energia. L'esperienza maturata con i precedenti esperimenti MAGIC e HESS rende l'implementazione del progetto relativamente sicura e di basso costo. CTA rappresenta un passo avanti epocale rispetto ai predecessori, sia dal punto di vista delle prestazioni, sia da quello delle operazioni. Da un lato, si promette di aumentare di oltre un ordine di grandezza la sensibilità degli attuali telescopi, migliorando anche la risoluzione angolare ed estendendo verso il basso la risposta dello strumento fino ad energie dell'ordine di poche decine di GeV, dove arrivano gli osservatori spaziali. Dall'altro, CTA funzionerà come un osservatorio. Ciò significa che, al contrario di tutti gli esperimenti Cherenkov finora effettuati, l'uso - e i dati - di CTA verranno messi a disposizione di tutta la comunità astronomica. Il progetto CTA ha già ricevuto valutazioni eccellenti in diverse sedi. La Commissione Europea, attraverso ASTRONET (la struttura dedicata alla stesura della roadmap per l'astronomia europea), ha classificato CTA al primo posto fra i nuovi progetti europei per astronomia da terra. Sul versante italiano, CTA è stato inserito fra i progetti bandiera, indicati come prioritari nel Programma Nazionale per la Ricerca (PNR) recentemente pubblicato dal MIUR. La comunità italiana ha esperienza, competenze e caratura tecnologici/scientifici tali da svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo di CTA, dalla fase di studio, a quella di realizzazione, a quella di gestione. Il progetto di ricerca oggetto di questa proposta PRIN è focalizzato sul più naturale contributo del segmento italiano alla collaborazione europea per CTA, e consiste essenzialmente in uno studio end-to-end del telescopio piccolo per le altissime energie. Le attività proposte si articolano in diversi filoni, e vanno dalla ricerca e sviluppo con prototipazione di nuove tecnologie per ottiche, rivelatori, elettronica di campionamento, sistemi di trigger, allo studio e ottimizzazione della matrice di telescopi piccoli e della loro interfaccia con l'intero array, allo studio di tecniche di analisi dati per ottimizzare la rivelazione dei fotoni e alla loro implementazione software, alla definizione di strategie osservative e di campagne di osservazioni multilunghezza d'onda correlate. Tali attività saranno svolte in collaborazione da diverse unità di ricerca, sulla base delle competenze e delle esperienze già a disposizione all'interno delle sedi partecipanti, secondo il seguente schema: 1- Gestione scientifica, strategie osservative: IUSS 2- Coordinamento generale: IUSS 3- Ottiche e specchi: Università di Padova; INAF 4- Meccanica di supporto: INAF 5- Rivelatori: Università di Padova; INAF 6- Elettronica di front-end: Università di Siena; Università di Padova 7- Ottimizzazione dell'array di telescopi: INAF, Univ. Udine 8- Algoritmi di analisi del segnale: Univ. Udine 9- Gestione dei dati e archivio scientifico: INAF, IUSS Lo studio proposto potrà fare da pilota per una successiva fase di realizzazione industriale da inquadrare nello schema attuativo dei Progetti Bandiera del PNR. Con questo progetto l'italia porterà, finalmente, un contributo concreto a CTA e potrà assumere in futuro la responsabilità, nell'ambito della collaborazione europea, della realizzazione e della gestione dell'array di piccoli telescopi, con enorme ritorno per la comunità italiana dal punto di vista scientifico, tecnologico e industriale. Testo inglese Very high energy gamma-ray astronomy (energy range between 100 GeV and 100 TeV) entered a mature phase in the last decade, thanks to the current generation of Cherenkov telescopes. The HESS, MAGIC, VERITAS and CANGAROO experiments have shown the tremendous impact that observations at TeV energies may have for our understanding of major problems in astrophysics and fundamental physics, from the origin of galactic cosmic rays to the physics of compact objects, from the history of structure formation to the validity of the Standard Model and of General Relativity. Such an exciting panorama is completed by the simultaneous operations of new space-based gamma-ray telescopes, AGILE (a small italian mission) and Fermi (a large NASA mission, with an important italian and european participation), observing the sky at slightly lower energies (50 MeV- 100 GeV). It's a golden age for gamma-ray astronomy. In such a scenario a large collaboration of european scientists began to work in order to study, design and realize the most powerful Cherenkov telescope in the MIUR - BANDO MODELLO A - 7 -

8 world, the Cherenkov Telescope Array (CTA). CTA will include an array of about 100 telescopes of different sizes, Large (24-27 m diameter), dedicated to detect lowest energy gamma-rays, Medium (12 m) and Small (4-7 m), optimized for very high energy photons. The successful experience with MAGIC and HESS makes the development and implementation of the project relatively easy and low-cost. CTA will yield a large leap forward with respect to its predecessor, both for its performances and for its operation policy. On the one side, CTA will have a factor 10 larger sensitivity than current Cherenkov telescopes, coupled to a better angular resolution, and to a sensitive range extended down to few tens of GeV, where only space telescopes arrive. On the other side, CTA will be operated as an observatory. For the first time, a Cherenkov telescope will be accessible to the whole scientific community. The CTA project has already obtained a very positive evaluation in different frames. The European Commission, through ASTRONET (the panel devoted to sketch the roadmap for the future of astronomy in Europe), ranked CTA at the first place among future ground-based european facilities. In Italy, CTA was included among the Progetti Bandiera ( flagship projects ), indicated as top-priority within the National Research Plan recently published by the MIUR. The Italian community has all of the necessary experience, know-how and scientific/technological profile to assume a leading role for the development of the CTA project, from the preliminary study to the design, implementation and operation phases. The subject of the resarch project we present in response to the PRIN call for proposals is an end-to-end study of the Small size telescope for CTA. Such a project is the most natural contribution for the Italian community to the CTA european collaboration. The proposed activities range from research, development and test of new technologies for the optics, detectors, front-end electronics, to the study and optimization of the array of Small Size Telescopes and of their interface with the whole CTA, to the study (and implementation) of new algorithms for data analysis optimizing gamma-ray detection, to the study of observing strategies and of correlated multiwavelength observation campaigns. Such activities will be carried out in collaboration by different research units, according to experience and know-how already available in the institutions participating to this proposal, according to the following breakdown: 1- Scientific management, observing strategies: IUSS 2- National Coordination: IUSS 3- Mirrors and Optics: Padova University; INAF 4- Mount: INAF 5- Detectors: Padova University; INAF 6- Front-end electronics: Siena University; Padova University 7- Telescope array optimization: Udine University; INAF 8- Algorithm for signal analysis: Udine University 9- Data management and scientific archive: INAF; IUSS This study will serve as a pilot project for a future industrial production phase, within the frame of the actuation of the flagship projects listed in the National Research Program. Our project will allow Italy to participate to the CTA collaboration with a significant contribution and to assume - within the CTA european collaboration - the responsibility for the realization and operation of the Small size telescopes' array. This will yield a tremendous scientific, technological and industrial return for the Italian community Obiettivi finali che il Progetto si propone di raggiungere Testo italiano Si propone lo studio end-to-end di un telescopio Cherenkov di nuova generazione di piccole dimensioni ( Piccolo Telescopio, diametro 4-7 m) e grande campo di vista, adatto a costituire il modulo base dell'array di telescopi ottimizzati per le altissime energie nel futuro CTA. La proposta raccoglie, coagula e fa agire in sinergia le altissime competenze di astrofisica, fisica particellare e sviluppo tecnologico già presenti nel panorama italiano. Lo studio proposto rappresenterà la fase pilota per la futura produzione industriale del Piccolo Telescopio, da attuarsi nello schema del Programma Nazionale della Ricerca, nel quale CTA appare come progetto bandiera. L'obiettivo fondamentale della proposta è di permettere alla comunità italiana di partecipare alla collaborazione europea per CTA con un contributo concreto e di proporsi come candidato forte e credibile per assumere la responsabilità di implementare e di gestire l'intero array di piccoli telescopi. Questa prospettiva porterebbe un notevolissimo ritorno per il nostro Paese. A livello tecnologico, con lo sviluppo di nuove competenze e la produzione delle componenti in Italia. A livello scientifico, poichè lo sviluppo, la realizzazione e la gestione della facility garantirà un più facile accesso all'enorme spazio di scoperte in Astrofisica, Fisica Particellare e Fisica Fondamentale che verrà aperto da CTA. Il raggiungimento di tale obiettivo strategico dipende criticamente dal successo nello sviluppo di diverse attività, come descritto nel seguito di questa sezione. A) Definizione sistema Piccolo Telescopio per CTA: massima sensibilità e flessibilità al minimo prezzo Il futuro osservatorio CTA si propone di aumentare di un fattore 10 la sensibilità rispetto ai telescopi Cherenkov dell'attuale generazione, e di essere sensibile in un intervallo energetico da ~10 GeV a 100 TeV. Per ottenere alta sensibilità a fotoni di altissima energie (sopra 10 TeV), la scelta ottimale è la realizzazione di un array costituito da numerose (~50) repliche del Piccolo Telescopio sparse su un'ampia area. A tal fine sono necessari: 1) Sviluppo e perfezionamento di tecnologie per la produzione di specchi L'implementazione di un array di numerose decine di telescopi rende necessario lo sviluppo di tecniche per una realizzazione veloce, affidabile e a basso costo di superfici riflettenti con i requisiti necessari per l'astronomia Cherenkov. Verranno ulteriormente sviluppate le tecniche per la produzione a replica di specchi per le quali l'italia è già leader internazionale. 2) Definizione dell'ottica a grande campo e del disegno dell'array Un'ottimizzazione dell'array di piccoli telescopi per le altissime energie richiede che il singolo telescopio abbia un grande campo di vista (diametro di 8 gradi) al fine di rivelare il lampo prodotto da sciami lontani. Si tratta pertanto di definire un disegno ottico ottimale che consenta allo stesso tempo di contenere i costi, i tempi e la facilità di realizzazione, in modo da poter essere facilmente implementato sulla scala del CTA. 3) Definizione della struttura per il telescopio E' necessario studiare una adeguata montatura e struttura meccanica per il Piccolo Telescopio che abbia i requisiti di alta rigidità, bassa ostruzione, facilità e velocità di puntamento, affidabilità e resistenza, ottimizzando i costi di costruzione in vista di una implementazione nell'array CTA. 3) Sviluppo del sistema di fotorivelatori La richiesta di una elevata sensibilità per CTA si traduce nella necessità di rivelatori affidabili, con alta efficienza, basso rumore, altissima risoluzione temporale (inferiore al ns) e buona risoluzione angolare (~arcominuto), che siano facilmente implementabili in array e che abbiano un basso costo di realizzazione. 4) Sviluppo e realizzazione dell'elettronica per acquisizione dati E' necessario realizzare un sistema di acquisizione ad elevata frequenza di campionamento (fino a 5 Gsamples/s) e grande dinamica (12 bit) per la registrazione della topologia e dell'evoluzione temporale di segnali veloci come i lampi di luce Cherenkov atmosferici, necessaria per la successiva selezione degli eventi buoni originati da fotoni gamma. Il sistema deve essere ottimizzato per ridurre i costi di realizzazione e i consumi energetici e per massimizzare la facilità e flessibilità della gestione in array. 5) Sviluppo del sistema di trigger a più livelli integrato Una migliore sensibilità si ottiene grazie ad una migliore selezione del segnale prodotto da fotoni e rigetto del segnale prodotto da particelle, il cui rate è più alto di due o tre ordini di grandezza. L'applicazione di una selezione degli eventi già a livello di trigger (prima della registrazione) appare necessaria per ridurre il volume di dati online. La selezione a livello di singolo telescopio sarà seguita da una selezione a più alto livello basata fra coincidenze temporali in un array. Tale logica di trigger multi-livello sarà implementata in schede hardware integrate che dovranno soddisfare i requisiti di velocità, larghezza di banda, affidabilità, minimizzando i costi di produzione. MIUR - BANDO MODELLO A - 8 -

9 6) Sviluppo di tecniche di analisi di immagini Cherenkov La ricostruzione dei fotoni gamma primari (discriminazione ottimale dal fondo di particelle; ricostruzione di energia, direzione, tempo di arrivo) dalle immagini Cherenkov richiede un'analisi estremamente complessa, dalla quale dipende anche il valore dell'area efficace dello strumento. E' necessario sviluppare algoritmi di analisi efficienti, veloci e flessibili (basati su tecniche di pattern recognition e recupero di informazione utilizzando variabili temporali, spaziali e stereoscopiche) per la gestione della grande mole di dati prodotta dall'array e in particolare per garantire la possibilità di ottenere in tempo reale risultati su eventi astrofisici transienti. B) Massimizzazione del ritorno scientifico per la comunità italiana ed internazionale L'impatto scientifico di CTA può essere incrementato mediante l'opportuno sviluppo di attività quali 1) Progettazione dell'archivio dati e di strumenti di analisi per la comunità Per la prima volta un telescopio Cherenkov verrà operato come un osservatorio messo al servizio di tutta la comunità. Si dovranno progettare un archivio dati e un sistema di analisi di uso facile e con una facile interfaccia a dati e cataloghi multilunghezze d'onda. 2) Messa a punto di strategie di osservazione in multifrequenza Il ritorno scientifico del progetto CTA potrà essere massimizzato in un contesto multifrequenza. E' necessario progettare ed organizzare strategie osservative congiunte con altri osservatori (sia a terra che orbitali) per attuare campagne di monitoring di particolari classi di sorgenti e osservazioni simultanee di sorgenti interessanti. 3) Preparazione della comunità all'uso di CTA come osservatorio Al fine di massimizzare l'impatto scientifico di CTA sin dall'inizio delle sue operazioni è necessario che la comunità sia resa consapevole dell'opportunità - offerta per la prima volta - di accedere ad un array di telescopi Cherenkov e che arrivi già pronta (in termini di cultura scientifica, conoscenza dello strumento e della struttura e dell'analisi dei dati) all'appuntamento con un tipo di astronomia finora riservato a ristrette collaborazioni. Testo inglese We propose an end-to-end study of a new generation Cherenkov telescope, compact (primary mirror diameter 4-7 m) and with a large field of view (> 5deg diameter). Such a Small Size Telescope will be tailored to fit as a module for the array of small telescopes devoted to very high energy gamma rays (E>10 TeV) within the future CTA observatory. This project promotes a synergy among the high specific experiences and skills in Astrophysics, Astroparticle Physics and Technology already available within the italian community. The proposal will represent a pilot project for a future industrial production of the Small Size Telescope, to be realized within the frame of the National Program for Research, which lists CTA as a flagship project. The main goal of the proposal is to allow the italian community to participate to the CTA european collaboration with a significant contribution and to stand out as a strong and reliable candidate to assume the responsibility for the implementation and the operation of the entire array of small telescopes. Such a perspective would yield a tremendous return for the italian community. On the technological side, thanks to the development of new competences and to the production of the system components in Italy. On the scientific side, since the development, implementation and operation of the facility will allow for a much easier access to the huge space of discoveries that CTA will open in Astrophysics, Astroparticle Physics and Fundamental Physics. In order to reach such a strategic goal, a successful completion of several activities is needed, as described in the followings: A) Definition of the Small Size Telescope system for CTA: maximum sensitivity and flexibility, minimum cost The future CTA observatory aims at improving the sensitivity by a factor 10 with respect to Cherenkov telescopes of the current generation, as well as to extend its sensitivity to the very broad range ~10 GeV TeV. In order to achieve a high effective area at very high energy (E>10 TeV), the optimal choice is the realization of an array including several (~50) copies of the Small Size Telescope, opportunely spread across a large area. To implement such an array, we identify the following needs: 1) development and improvement of technologies for the production of mirrors Implementation of a large array featuring several tens of telescopes requires development of tecnhiques allowing for a fast, reliable and low-cost production of reflecting surfaces meeting the requirements for Cherenkov astronomy. Italy is world leader in mirror production with replication techniques. Such a technology will need for a further improvement. 2) Definition of the large field of view optical design and optimization of the array Optimization of the small size telescope array requires a large field of view for each telescope (~8 deg diameter), in order to detect and image the Cherenkov pulses of light generated by distant atmospheric showers. An optimal optical design is needed, allowing for an easy, fast and low-costs production, in order to allow for an implementation to the scale of the CTA. 3) definition of the structure for the telescope An opportune mount and mechanical structure are needed for the Small Size Telescope, meeting the requisites of high rigidity, low obstruction, easy and fast repointing, reliability and durability, optimizing production costs in the perspective of an implementation in the CTA array. 4) Development of the detector Requirement of a high sensitivity translates in the need for reliable detectors, with high efficiency, low noise, very high time resolution (< ns) and good angular resolution (~arcmin), easy to implement in an array and with a low production cost 5) Development and realization of the electronics for data acquisition An acquisition system with very high sampling frequency (~5 Gsamples/s) and large dynamic range (12 bit) is mandatory in order to record the topology and the temporal evolution of fast signals such as atmospheric Cherenkov light pulses (such information is needed to identify and select good events originated by gamma-ray photons). The system has to be optimized to reduce production costs, power budget as well as to maximize the flexibility for use in the array. 6) development of the integrated multi-level trigger system A better sensitivity can be obtained thanks to a better selection of signal generated by photons and withdrawal of the signal generated by particles, the latter having a 3 order of magnitude larger rate than the former. Applying a selection at the trigger level (i.e. before recording the event in the computer) is mandatory in order to reduce the volume of online data. Selection at the single telescope level will be followed by an higher level selection based on temporal coincidences in the array. Such a multi-level trigger logic will be implemented in integrated hardware boards, which will have to meet requirements of fastness, bandwidth, reliability, minimizing produfction costs. 7) Development of Cherenkov image analysis techniques Reconstruction of primary gamma-ray photons (discrimination from particle background; reconstruction of energy, direction, time of arrival) starting from Cherenkov images requires a very complex analysis, which also determines the effective area value for the instrument. Efficient, fast and flexible analysis algorithms (based on pattern recognition and information recovery techniques, using temporal, spatial and stereoscopic variables) are needed in order to manage the large data load generated by the telescope array. This is especially important in order to gain the capability of getting results in real time on transient astrophysical events. B) Maximization of the scientific outcome for the italian and international community The scientific return of CTA can be maximized by an opportune development of activities such as 1) design of the data archive and of data analysis tools for the community For the first time, a Cherenkov telescope will be operated as an observatory, accessible to the community. An opportune data archive and a data analysis system should be designed, user friendly and with an easy interface to multiwavelength data and catalogues. MIUR - BANDO MODELLO A - 9 -

10 2) definition of multiwavelength observing strategies The scientific impact of CTA can be maximized in a multifrequency context. It is very important to design and organize joint observing strategies in concert with other observatories (both ground-based and in space), in order to implement monitoring campaigns of particular classes of sources and simultaneous observations of interesting targets. 3) preparation of the community to the use of CTA as an observatory In order to maximize the scientific return of CTA since the beginning of its operations, the community should be made aware of the opportunity - offered for the first time - to use a Cherenkov observing facility. The community should also be prepared in advance, as for scientific culture and general knowledge of the facility and of the data structure and analysis techniques Stato dell'arte Testo italiano Contesto generale L'astrofisica delle alte energie, che studia l'universo nella banda dei raggi gamma, sta attraversando un'epoca straordinaria grazie alla possibilità di utilizzare sia satelliti sia strumenti a terra. Gli astrofisici e gli ingegneri italiani sono in prima fila in questo campo, che ha richiesto, negli ultimi anni, un impressionante sviluppo di tecnologia, sia nella industria spaziale sia in quella per gli strumenti a terra. Alcuni risultati ottenuti negli ultimi mesi dalla missione Fermi (con il suo forte contributo italiano) sono stati giudicati al secondo posto assoluto nella graduatoria mondiale dei risultati scientifici di ogni disciplina, stilata dalla rivista Science per il L'Italia sta quindi raccogliendo i frutti di investimenti passati che hanno messo la nostra comunità, già tradizionalmente molto attiva, ad un sempre migliore livello internazionale. Ma la componente spaziale della astronomia gamma sembra ora avere un futuro abbastanza incerto. Infatti, né la NASA né l'esa né la ASI hanno in cantiere nuove missioni spaziali di astronomia gamma: per far di meglio dei satelliti ora in orbita, occorrerebbe pensare a dimensioni e costi proibitivi. Le osservazioni da terra, invece, sfruttano ingegnosamente la presenza dell'atmosfera per studiare la porzione di più alta energia dei fotoni gamma (da 100 GeV a 100 TeV circa) con i telescopi Cherenkov. Questa branca dell'astronomia è entrata in fase matura con la generazione corrente di esperimenti. HESS, MAGIC, VERITAS e CANGAROO, a partire dal 2004, hanno dimostrato appieno il successo del metodo di rivelazione da terra e l'enorme potenziale dell'astronomia delle altissime energie per l'avanzamento dell'astrofisica e della fisica fondamentale. La sfida per i nuovi telescopi Cherenkov sarà quella di estendere le propria sensibilità verso il basso, fino a diventare competitivi anche ad energie di poche decine di GeV, cioè in intervalli di energia ad oggi appannaggio dei satelliti. Ovviamente, i costi per la costruzione, manutenzione e aggiornamento di strumentazione a terra sono molto più contenuti di quelli di una missione spaziale. E' questo lo spirito del progetto europeo CTA (Cherenkov Telescope Array) che vuole costruire il più potente osservatorio Cherenkov del mondo, mettendo per la prima volta i dati a disposizione di tutti gli astrofisici. Si tratta di un insieme di circa un centinaio di telescopi di tre tipi: grande, con diametro m, ottimizzato per la rivelazione di fotoni delle energie più basse, medio, con diametro 12 metri e piccolo,con diametro 4-7 m, pensato per rivelare i fotoni di energia più alta. Il Memorandum of Understanding alla base del CTA è firmato da 130 istituti in 17 nazioni Europee, oltre a Stati Uniti, Giappone, Sud Africa, Namibia e Argentina. Il progetto fa tesoro dell'esperienza accumulata di diversi gruppi europei con i telescopi MAGIC ed HESS. Poiché il CTA sarà un osservatorio a disposizione della comunità astrofisica mondiale, è ragionevole assimilarlo ad una infrastruttura, almeno a livello Europeo. Seguendo questa filosofia, sono stati chiesti nell'autunno 2009 finanziamenti a FP7, INFRASTRUCTURES 2010, per la fase preparatoria di definizione del CTA e ad INFRA 2010 per gli aspetti di E_infrastrucure. Ricordiamo che il progetto CTA è già stato esaminato dalla Commissione Europea attraverso ASTRONET, la struttura dedicata alla costruzione della Roadmap per la astronomia europea. CTA è stato giudicato al primo posto nei nuovi progetti di facilities europee per astronomia da terra. La richiesta di finanziamento del consorzio CTA europeo nell'ambito FP7-INFRASTRUCTURES è stata ammessa tra i progetti finanziabili con l'ottimo voto di 13,5/15 e la negoziazione è in corso. (ricordiamo, naturalmente, che eventuali finanziamenti FP7 saranno limitati alla parte infrastrutturale del progetto, che per l'italia è, per ora, molto modesta). Al di fuori dell'europa, la partecipazione a CTA dei gruppi USA ha avuto la più alta priorità scientifica da parte del DOE (Department of Energy) USA. Anche in Italia il progetto CTA è stato riconosciuto come prioritario, ed è stato incluso fra i Progetti Bandiera del Piano Nazionale della Ricerca, ora pubblicato dal MIUR. Finora l'italia è stata presente nella collaborazione CTA essenzialmente tramite l'istituto Nazionale di Astrofisica, che partecipa con supporto finanziario interno limitato. Per ciò che riguarda un supporto dedicato allo sviluppo della tecnologia per i telescopi Cherenkov, mentre gli istituti dei maggiori stati partecipanti possono contare su un finanziamento più o meno consistente in ambito ASPERA (consorzio di Istituti europei per la fisica astro particellare) o in ambito nazionale o locale, la partecipazione italiana non può, per ora, contare su alcun finanziamento specifico. Come già osservato, la comunità italiana ha tutte le carte in regola per assumere un ruolo determinante nel progetto CTA, sia a livello di progetto, sia in fase di realizzazione e di gestione. Abbiamo già parlato dell'elevatissimo livello della produzione scientifica. Sul fronte tecnologico, sviluppi di nuove tecnologie per gli specchi e i rivelatori sono già disponibili in Italia e riescono a migliorare le prestazioni degli attuali strumenti. Ad esempio, l'italia è leader mondiale nella costruzione di specchi replicanti superleggeri attraverso la tecnica della formatura a freddo e a caldo. E' quasi superfluo notare che, affinando ulteriormente le tecniche di fabbricazione, l'italia potrebbe proporsi in modo credibile come capocommessa dei pacchi di lavoro relativi alla costruzione degli specchi, o almeno ad una parte di essi. L'obiettivo di questa proposta quindi è di raccogliere l'esperienza e le altissime competenze specifiche di diversi gruppi nel panorama della comunità nazionale e di farle agire in sinergia per permettere all'italia di partecipare alla collaborazione europea CTA con un contributo concreto, ben definito dal punto di vista tecnico e scientifico ed alla portata delle nostre risorse. Come scelta naturale, si propone lo studio end-to-end (ottiche, montatura, rivelatori, elettronica, analisi ed archiviazione dei dati e gestione scientifica) di un telescopio Cherenkov della classe piccola che possa entrare nell'array del CTA. La possibilità di portare un tale contributo a CTA permetterà un grande spazio di crescita scientifica e tecnologica per l'italia, a fronte di una spesa estremamente inferiore rispetto a quella necessaria per una missione spaziale capace di portare lo stesso grado di avanzamento scientifico. Il caso scientifico L'eccezionale progresso dell'astronomia Cherenkov può essere descritto da questi numeri: nel 1989 fu rivelata da Whipple la prima sorgente con alta significatività statistica; alla fine del 2003 erano note ~10 sorgenti; oggi, grazie ad HESS, MAGIC, VERITAS e CANGAROO sono state catalogate 100 sorgenti su tutto il cielo - 60 nella nostra galassia e 40 extragalattiche. Di seguito si elencano i principali filoni dell'astronomia al TeV. Le prospettive per CTA diventano ancora più entusiasmanti nel contesto multifrequenza, nel quale si è recentemente inserita la missione Fermi. A) Astronomia galattica: origine dei raggi cosmici galattici; fisica degli oggetti compatti. - I resti di supernova (SNR). Si è rivelata emissione di altissima energia da ~10 oggetti, e per alcuni è stato già possibile risolvere la morfologia del sistema. Le osservazioni al TeV, poste nel contesto multifrequenza, mostrano che l'emissione di altissima energia è legata a processi adronici. L'osservazione di un gran numero di questi sistemi in diverse fasi evolutive potrebbe dimostrare definitivamente che i SNR sono i principali responsabili della produzione dei raggi cosmici galattici di energia fino a 10^15 ev, rivelando i dettagli del meccanismo di accelerazione. - le stelle di neutroni isolate. Le pulsar dominano la popolazione di sorgenti galattiche di raggi gamma al GeV, come mostrato da Fermi. La rivelazione di emissione pulsata dalla Crab con MAGIC apre la strada allo studio delle pulsar alle altissime energie. Ciò potrà dare risposte sui processi non termici in atto nelle regioni esterne della magnetosfera. - le pulsar wind nebulae (~20 oggetti rivelati) sono molto luminose alle altissime energie. L'emissione è probabilmente dovuta a scattering Compton inverso su fotoni di bassa energia da parte di leptoni ultrarelativistici (fattori di Lorentz ~10^6) accelerati nello shock fra il vento di particelle alimentato dalla pulsar e il mezzo circostante. Le osservazioni al TeV potranno rivelare lo spettro delle particelle accelerate in funzione della fase evolutiva del sistema e chiarire i meccanismi di accelerazione. - sistemi binari in accrescimento. HESS e MAGIC hanno rivelato 4 sorgenti, due delle quali mostrano chiaramente periodicità orbitale nell'emissione. Ciò dimostra MIUR - BANDO MODELLO A

11 che questi sistemi sono in grado di accelerare particelle ad altissima energia. La fisica dell'emissione (processi leptonici e/o adronici) non è chiara. B) Astronomia extragalattica: fisica dei jet nei nuclei galattici attivi; fisica dei GRBs; storia cosmologica della formazione stellare - i blazars. Questi nuclei galattici attivi, alimentati da accrescimento su un buco nero supermassiccio, sono in grado di accelerare materia a velocità relativistica in getti collimati. A tali getti è associata l'emissione nella banda di altissima energia, dove viene emessa la maggior parte della potenza di queste sorgenti. I meccanismi di accelerazione e la natura delle particelle (leptoni e/o adroni) non sono ancora noti. - le galassie starburst. L'intensa formazione stellare si accompagna ad un alto tasso di supernovae. Si suppone quindi che in queste galassie sia presente una più alta densità di particelle energetiche non-termiche, che sarebbero tracciate da una emissione gamma alle alte e altissime energie. La rilevazione di NGC 253 con HESS ha mostrato la validità dello scenario e apre nuove strade per lo studio dell'accelerazione e propagazione dei raggi cosmici nelle galassie. - i lampi di raggi gamma (GRBs). La rilevazione di emissione alle altissime energie (finora mai ottenuta) potrà dare informazioni sui processi di emissione in gioco in questi eventi (sia per GRB lunghi che corti). La osservazione di una componente spettrale di alta energia (tuttora da spiegare) da parte di Fermi rende la prospettiva estremamente interessante. - il fondo di luce extragalattica. L'osservazione di blazars a distanze cosmologiche permette di porre vincoli sul fondo di luce ultravioletta extragalattica, che dovrebbe attenuare la radiazione di altissima energia attraverso il processo di formazione di coppie. Questo può dare informazioni altrimenti inaccessibili sulla storia di formazione stellare su scala cosmologica. Alcuni vincoli sono già stati posti con HESS e MAGIC. C) Fisica fondamentale - test a modelli di gravità quantistica. L'osservazione di sorgenti altamente variabili alle altissime energie potrebbe dare indicazioni su effetti di dispersione dei fotoni previsti da modelli di gravità quantistica, osservabili sotto forma di ritardi fra i tempi di arrivo del segnale a diverse energie. Alcuni vincoli sono già stati posti da Fermi, MAGIC, HESS. - Alcune estensioni del modello standard prevedono che i fotoni su distanze cosmologiche possano oscillare in particelle molto leggere a spin zero (assioni) in presenza di campi magnetici. Lo studio dello spettro alle altissime energie di sorgenti molto distanti può dare indicazioni sulla validità di queste teorie. - materia oscura. Le più promettenti ipotesi sulla natura della materia oscura non barionica indicano come buone candidate particelle massive incapaci di interazioni elettromagnetiche e forti, previste da estensioni del modello standard. Ci si aspetta di poter rivelare nella banda delle altissime energie il segnale di annichilazione di tali ipotetiche particelle proveniente da regioni con alta densità di materia oscura. Metodi e tecnologia per l'astronomia Cherenkov I telescopi Cherenkov non sono in grado di rivelare direttamente i fotoni gamma di altissima energia. Piuttosto, usando l'atmosfera come rivelatore, sono in grado di osservare il breve (~ns) lampo di radiazione Cherenkov (picco a ~350 nm) che si sviluppa quando un fotone gamma di altissima energia interagisce con il nucleo di un atomo dei gas dell'atmosfera, dando origine ad uno sciame di particelle secondarie. Il segnale deve essere discriminato dal rumore di fondo (più alto di ~3 ordini di grandezza) costituito dalla luce diffusa e dal segnale Cherenkov emesso da sciami atmosferici originati da raggi cosmici. Questo può avvenire attraverso una complessa analisi basata su informazioni topologiche e temporali relative al segnale (che deve essere registrato con alta risoluzione spaziale e temporale), nonchè stereoscopiche (se la stessa regione di cielo può essere osservata da più di un telescopio). I telescopi Cherenkov attuali sono attivi nell'intervallo energetico compreso fra circa 100 GeV e circa 100 TeV. Hanno una risoluzione energetica E/E~10-20% e una buona risoluzione angolare, dell'ordine di alcuni arcominuti. Il flusso limite in 50 ore di osservazione è dell'ordine di 10^-13 erg cm-2 s-1. - disegno ottico I telescopi Cherenkov attuali (disegno Davies-Cotton a singolo specchio) non riescono a coprire un campo di vista superiore a 3-5 gradi di diametro a causa delle aberrazioni ottiche e dell'ostruzione del detector sullo specchio. Per ottenere un campo di vista come quello richiesto per il Piccolo Telescopio (8 gradi) una possibile alternativa è l'utilizzo di un disegno diverso (Schwarzschild-Couder) a due specchi, che permette migliori prestazioni ma richiede una più alta spesa per la realizzazione di superfici riflettenti asferiche. - specchi la necessità di realizzare ampie superfici riflettenti per implementare un array di decine di telscopi richiede l'utilizzo di tecniche di fabbricazione basate sul concetto della replicazione. L'INAF (Oss. Brera) e il gruppo afferente all'unità di Padova sono leader internazionali in questo tipo di tecnologia. Una tecnica già sperimentata ( slumpinga freddo ) deve essere affinata per produrre superfici asferiche con raggi di curvatura accentuati. Una tecnica alternativa ( slumping a caldo ) molto promettente per il caso del piccolo telescopio è in fase di sperimentazione all'inaf/oss. di Brera. - sensori Nei telescopi Cherenkov attuali sono usati tubi fotomoltiplicatori (PMT), sensori con rumore molto basso, ma limitati dall'efficienza quantica (~25%) e da un elevato costo per elemento sensibile, che non li rende direttamente utilizzabili per il caso del Piccolo Telescopio per CTA.Un possibile miglioramento da entrambi i punti di vista è offerto da fotomoltiplicatori - già esistenti - del tipo Multi-Anode PMT. Una promettente alternativa è data dai rivelatori a stato solido (del tipo SPAD e SiPM), che sono molto leggeri, offrono un'alta efficienza quantica,(~100%), una risposta molto veloce (~ ps) ed un costo ridotto (per elemento sensibile). Tuttavia presentano un elevato rumore termico (ordini di grandezza più alto dei PMT) e non sono ancora stati realizzati con pixels di dimensioni adatte alla focale dei telescopi Cherenkov (le dimensioni richieste sono oltre 10 volte superiori a quelle dei prodotti attualmente allo stato dell'arte). - elettronica L'elettronica di front-end adatta ad un array di sensori a stato solido deve essere ancora sviluppata. L'elettronica digitale sviluppata per gli esperimenti Cherenkov attuali dovrà essere migliorata. Sarà necessario incrementare la frequenza di campionamento e il range dinamico del segnale; una più complessa architettura di trigger dovrà essere integrata per effettuare selezione di eventi in linea ad altissima velocità nello schema dell'array di telescopi. Testo inglese High energy astrophysics, investigating the universe in the gamma-ray energy range, is experiencing a golden age thanks, to the simultaneous operation of space and ground-based telescopes. Italian astrophysicists, physicists and engineers have a leading position in such a field, which required in the last years a huge technological development on the industrial side, both for space and for ground-based systems. Indeed, results recently obtained by the Fermi mission (with an important Italian contribution) have been ranked at the second place among the ten most important scientific discoveries (including all disciplines) published in Science at the end of In such a field, Italy is gathering an extremely rich harvest, thanks to farsighted investments in the past, which placed our very active community at top level in the international scenario. However, the future of space-based gamma-ray astronomy is rather uncertain, since neither NASA, nor ESA, nor ASI have a new gamma-ray mission in their to-do list. To do better than current space telescopes (e.g. Fermi-LAT), a very large facility (and a huge budget) would be required. Ground-based gamma-ray telescopes ingeniously use the Earth's atmosphere as the detection medium for very high energy gamma-ray photons (in the 100 GeV TeV range). Such facilities - known as Cherenkov telescopes - are similar in principle to traditional optical telescopes. They use special mirrors to capture the very short duration pulse of light produced (by Cherenkov effect) by a cascade of relativistic charged particles generated when a very high energy gamma-ray photon interacts with the nucleus of an atmospheric atom or molecule. Cherenkov astronomy entered a mature phase with the current generation of experiments. HESS, MAGIC, VERITAS and CANGAROO, since 2004, have detected about 100 sources across the whole sky, beautifully demonstrating the efficiency of the technique, as well as the extraordinary discovery space for very high energy astronomy, providing crucial information for astrophysics and fundamental physics. The challenge for next generation Cherenkov telescopes will be extending their sensitivity downwards, in order to become competitive in the few tens of GeV range, where space telescopes only could observe so far. Of course, realization, maintenance and upgrade of ground-based instrumentation involves a much smaller cost than required for a space mission. In such a perspective, the Cherenkov Telescope Array (CTA) project was started. CTA will become the most powerful Cherenkov telescope in the world, and for the first time it will be made accessible to the whole scientific community. CTA will include about 100 Cherenkov telescopes of three different sizes: Large (with a diameter of m), optimized to detect low-energy gamma-ray photons, Medium (12 m) and Small (4-7 m), optimized to detect very high energy photons. CTA is based on a Memorandum of Understanding signed by 130 institutions in 17 European countries, with the participation of USA, Japan, South Africa, Namibia and Argentina. The project relies on the experience of the Europeaan collaborations for the MAGIC (located at Canary Islands) and HESS (located in Namibia) experiments. Since CTA will be operated as an observatory and will be accessible to the scientific community, it is appropriate to define it as a research infrastructure, at the European Commission level. Thus, requests for funding for the preparatory phase of CTA were made within the frame of FP7, both in response to the INFRASTRUCTURES 2010 call for proposal, as well as in response to the INFRA 2010 call, dedicated to e-infrastructures. We note that CTA has already been evaluated by the European Commission, through the ASTRONET panel (devoted to define the roadmap for future European astronomy). CTA was ranked at the first place among future European ground-based facilities. The proposal of the CTA consortium within FP7-INFRASTRUCTURES was included in the list of approved projects, with a very good grade (13.5/15), and it is in the negotiation phase with the European Commission (Let us bear in mind that the FP7 financing will only cover the infrastructural part of the project, a part in which Italy had only a limited involvement). Moreover, the participation of USA groups to CTA has been MIUR - BANDO MODELLO A

12 assigned the highest priority by the U.S. Department of Energy. Also in Italy, CTA has been recognized as a top priority, as it was included in the list of flagship projects ( Progetti bandiera ) for the National Research Plan recently published by the MIUR. So far, Italy has been a member of the CTA collaboration essentially thanks to the National Institute for Astrophysics (INAF), which participates with a very limited internal budget. Developing technologies for Cherenkov would require financial support. However, while institutions from the most important countries in the collaboration can rely on substantial funding within ASPERA (a European consortium for astroparticle physics) and/or at national or local level, the Italian participation cannot rely, so far, on any financial support. The Italian community has got what it takes to play a crucial role for the CTA project, from the design phase to the development and implementation, to the operation phase, to the scientific coordination. We already mentioned the leading-edge scientific production. On the technological side, new developments for mirrors as well as for detectors are already available in Italy, and they could improve performances of current instruments. As an example, Italy is world leader for the realization of ultra-light-weight replicated mirrors using both the cold and the hot slumping technique. Needless to say, by further improving manufacturing processes, Italy could become a strong candidate as prime contractor for the work packages dedicated to the production of mirrors. The main goal of this proposal is to collect expertise and highly specialized skills of different groups within the national community and to make them work sinergically, in order to allow Italy to participate to CTA with an important contribution. As a natural choice, we propose to carry out an end-to-end study of the Small size Cherenkov telescope for the CTA array, including mirrors, mounts, detectors, front-end electronics, algorithms for data analysis, observation strategies as well as scientific operation. The opportunity to enter the CTA project with such a contribution will open a huge space for both scientific advance and technological development in Italy, at the cost of a modest fraction of the budget required for a space mission. The scientific case Very high energy gamma-ray astronomy from the ground started in 1989 when the Whipple telescope managed to detect the Crab nebula as the first source of TeV electromagnetic radiation with high statistical significance. At the end of 2003, before the era of current generation Cherenkov telescope, about a dozen sources were known. Since then, observations with new HESS, MAGIC, Veritas and Cangaroo telescopes have brought a revolution to the field, detection 100 sources over the sky- 60 within our Galaxy and 40 extragalactic ones. For the brightest sources it has been possible to acquire spectra light-curves and morphology with remarkable details. In what follows we give the most significant scientific topics of TeV astronomy. CTA perspectives become even more attractive is taken in a multifrequency context as in the recent case of the Fermi mission. A- Galactic astronomy : origin of galactic cosmic rays; physics of compact objects. -Supernova Remnants (SNRs). Very high energy emission has been detected from about 10 objects and for a few of them it was possible to resolve their morphology. TeV observation, when taken in multifrequency context, show that VHE emission is tied to hadronic processes. The observation of great number of these systems in different evolutionary phases could conclusively show that SNRs are the principal responsible for galactic cosmic ray production for energy up to 10^15 ev, giving details on the acceleration mechanisms. -Isolated neutron stars. Pulsars dominate gamma-ray source galactic population at GeV energies as shown by Agile and Fermi. The MAGIC detection of pulsed emission from the Crab opens an avenue of study for pulsars at VHE energies. Such studies my yield an answer on non-thermal processes in the external pulsar magnetosphere region. -Pulsar Wind Nebulae (about 20 objects detected) are very luminous at VHE. Their emission is probably due to inverse Compton scattering on low energy photons by ultrarelativistic leptons (Lorentz factor 10^6). Such particles could be accelerated at the shock between the particle wind fed by the pulsar and the surrounding interstellar medium. TeV observation will enable to detect the accelerated particle spectrum as a function of the system evolutionary phase, thus clarifying acceleration mechanisms. -accreting binary systems HESS and MAGIC have detected 4 sources, two of which clearly show an orbital periodicity. This show that such systems can accelerate VHE particle, but the emission physics (leptonic and/or hadronic processes) is still unclear. B- extragalactic astronomy: Jet physics in AGN; GRB physics, cosmological history of star formation -Blazars these AGNs fed by accretion in a supermassive black hole can accelerate to relativistic velocities matter in collimated jets. Emission in the VHE band can be associated to such jets, where the majority of the source power is emitted. Acceleration mechanisms as well as particle nature (leptons and/or hadrons) are as jet unknown. -Outburst galaxies where an intense star formation rate goes with a high supernova rate. One can therefore assume that in such galaxies non thermal energetic particles have a higher density than in our own galaxy. Such particles should be traceable through gamma emission at high and very high energies. The detection of NGC 253 with HESS has shown the validity of such a scenario and opens new avenues for studying cosmic ray acceleration and propagation in galaxies. -Gamma Ray Bursts. The detection of burst emission up to the highest energy, could give us some information on the emission processes taking place in such events, both long and short. The observation of an high energy spectral component, yet to be explained, by Fermi renders the perspective of observing GRBs with CTA extremely interesting -The extragalactic photon background and universe transparencies. Observing blazars at cosmological distances allows limits to be put on the extragalactic ultraviolet light, because VHE radiation should be absorbed through photon-photon interactions. This would give us information (otherwise inaccessible) on star formation history on a cosmological scale. Some limits have already been posed by HESS and MAGIC C-Fundamental physics -Test of quantum gravity models. Observing highly variable VHE sources could yield indication on photon dispersion effects foreseen in quantum gravity models. Such an effect could be observable in the form of a delay between the signal times of arrival at different energies. Again, few limits have already been put by Fermi, MAGIC and HESS. -Some extension of the standard model foresee that photons, over cosmological distances, could oscillate in very light, 0 spin, particle (axions) in the presence of magnetic fields. Spectral studies of VHE very distant sources could give us a measure of the validity of such theory. - Dark matter. The most promising hypotheses on non baryonic dark matter nature point to some very good candidate massive particles which do not undergo electromagnetic nor strong interactions. One expects to be able to detect in the VHE band the annihilation signals of such particle as they arrive to us coming from regions of high density of dark matter. Methods and technologies for Cherenkov astronomy Cherenkov telescopes cannot directly detect VHE gamma-ray photons. Rather, using our atmosphere as a detector, they can observe the short (~ ns) Cherenkov radiation flash (with a peak at ~350 nm). Such a flash arises when a VHE gamma photon interacts with a nucleus of an atom of atmospheric gases, generating a secondary particle shower. Such a signal should be discriminated against background noise (three orders of magnitude higher ), due to diffuse light and Cherenkov signals emitted by atmospheric showers induced by cosmic rays. This can take place through complex analysis based on topological and timing signal information. This is why all signals must be registered with high spatial and temporal resolution as well as on stereoscopical information, if the same celestial region can be observed by more than 1 telescope. Current generation Cherenkov telescopes are active in the energy interval from 100 GeV to 100 TeV. They have an energy resolution between 10 and 20% and a good angular resolution of a few arcmnin. The flux limit over 50 h of observation is about 10^-13 ergs/sqcm sec -Optical design. Current Cherenkov telescopes (single mirror, Davies-Cotton design) cannot cover a FOV bigger than 3-5 degree diameter because of optical aberration and of detector obstruction on the mirror. To obtain the requested Field of View (FOV) for the small telescope (8 deg) a possible alternative is the use of a different design (Schwarzschild-Couder) based on 2 mirrors. Such a design will allow better performances but it is also more expensive owing to the need of aspherical reflecting surfaces. -mirrors the need for producing ample reflecting surfaces as requested for the production of an array of tens of telescopes requires the use of construction technique based on replication concept INAF-Brera and the Univ PD group have an established international leadership in this type of technology. A technique already well tested (Cold slumping) must be refined to produce aspherical surfaces with increased radius of curvature. An alternative technique (hot slumping) looks very MIUR - BANDO MODELLO A

13 promising for the case of the small telescope and is now being tested by INAF Brera. Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca -Sensors. Current Cherenkov telescope use photomultiplier tubes These are low noise sensors, but they have a limited quantum efficiency (~25%) and are expensive which make them not directly usable for CTA telescopes. A possible improvement addressing both problems is offered by existing photomultipliers of the type multi-anode PM tubes. A promising alternative is represented by solid state detectors (SPAD and SiPM type) which are very light, sport a high quantum efficiency (~100%) a fast answer (~ ps) and reduced cost per element. They are characterized, however, by a high thermal noise (orders of magnitude higher than that of the PM tube) and are yet to be realized with pixels dimensions appropriate to the focal length of our Cherenkov telescopes (the required dimension are over ten times bigger than those currently produced). -Electronics. A front-end electronics adapted to a solid state sensor array is yet to be developed. Digital electronics developed for current Cherenkov experiment would have to be improved. We will also need to improve signal sampling frequency as well as dynamic range; a more complex trigger architecture will have to be assembled to perform very high speed real time event selection within the telescope array Articolazione del Progetto e tempi di realizzazione Testo italiano Il progetto proposto consiste in uno studio end-to-end del sistema Piccolo Telescopio per il CTA. Le attività proposte si articolano in diversi filoni, secondo lo schema che viene descritto in questa sezione (dal fotone di origine astrofisica, alla rivelazione del segnale, alla distribuzione dei dati alla comunità). Per ogni pacchetto di lavoro sono indicati i tempi di attuazione e le unità di ricerca coinvolte. Un passo necessario per lo sviluppo del progetto è lo studio e implementazione di un sistema di wiki pages per la condivisione di informazioni sul progresso del lavoro e di risultati nell'ambito della collaborazione (mesi 1-3) (IUSS PV). 1) Simulazione del segnale Cherenkov atmosferico - simulazione dell'emissione di alta ed altissima energia da sorgenti galattiche (PSRs,SNRs, PWNe, sistemi binari) che extragalattiche (blazars e AGN) (mesi 1-12) (INAF/IASF-Mi, INAF/IASF-Rm, INAF/IASF-Pa) - simulazione Monte-Carlo di sciami atmosferici iniziati da fotoni e da particelle e della loro emissione Cherenkov (mese 1-12) (INAF/IASF-Mi, INAF/IASF-Rm, INAF/IASF-Pa) - creazione di una banca dati di sciami simulati (mese 1-12) (INAF/IASF-Mi, INAF/IASF-Rm, INAF/IASF-Pa); - simulazione della lettura da parte di array di sensori fotosensibili (mese 13-24) (INAF/IFSI-TO; Univ. UD) 2) Sviluppo e perfezionamento di tecnologie per la produzione di specchi 2.1) Miglioramento delle prestazioni per la replica di specchi con la tecnica del "Cold slumping" in vista di importanti produzioni di massa per CTA - adattamento e affinamento della tecnologia di lavorazione al diamante per la produzione di masters per la replica in cold slumping: --- realizzazione di un mandrino in fibra di carbonio per lavorazione di superfici sferiche e asferiche (mese 1-12) (Univ.PD) --- Realizzazione di stampi appropriati attraverso lavorazione al diamante (mese 12-24) (Univ.PD) - progettazione del substrato dell'elemento riflettente e definizione della procedura di produzione ed incollaggio con geometria sferica nativa (mesi 1-4) (INAF/OA-Brera) - Costruzione e test di prototipi di specchi di dimensioni superiori al metro (mesi 5-9) (INAF/OA-Brera) - Test sull'uso di foam in vetro o materiali ceramici al posto dell'honeycomb al fine di incrementare la rigidità strutturale del segmento e eliminare l'impatto del "print-through" della struttura Hexcell visibile a basso livello nei segmenti prodotti con il "Cold slumping" (mesi 5-9) (INAF/OA-Brera) - studio di speciali coating per il miglioramento della riflettività e resistenza della superficie riflettente (mesi 12-24) (Univ. PD) - ricerca e test strutturali su nuove colle ad elevata tenuta e limiato invecchiamento (mesi 5-9) (INAF/OA-Brera) 2.2) Affinamento della tecnica dello Hot Slumping per la produzione degli specchi secondari dei telescopi planari Cherenkov a grande campo di vista (INAF/OA-Brera) - design di uno stampo per specchi secondari dei telescopi Cherenkov a grande campo (mesi 10-13) - sviluppo di un appropriato piano posteriore di sostegno per i pannelli sottili (mesi 14-17); - produzione e test di prototipi (mesi 18-24) 3) Studio di un disegno ottico a grande campo (campo di vista > 5 deg) (INAF/IASF-Pa) (INAF-OA-Ct) - studio di un design ottico che ottimizzi le performance dei grandi campi di vista con i requisiti dell'astronomia al TeV (mese 1-12) - studio del comportamento in stereoscopia di diverse configurazioni ottiche variando il numero e l'inter-distanza dei telescopi al fine di ottimizzare costi, tempi di installazione e facilità di gestione (mese 12-24) 4) Studio della montatura e struttura meccanica per il Piccolo Telescopio (mese 1-24) (INAF/OA-Brera) - progetto di strutture meccaniche con caratteristiche adeguate attraverso analisi ad elementi finiti - ottimizzazione del progetto in funzione della riduzione dei costi per l'implementazione di un array 5) Studio del sistema di sensori per il piccolo telescopio 5.1 realizzazione e ottimizzazione prototipo di una camera a fototubi (INAF-IASF-Pa) (INAF-OA-Ct) Sviluppo di una Breadboard dedicata per test e caratterizzazione di fotosensori - studio e progetto delle elettroniche di Front-End, realizzazione prototipo di una camera composta da due sensori MAPMT Hamamatsu (4*4 pixel ciascuno) (mese 1-12) - test del prototipo: test elettronica, caratterizzazione in laboratorio e test sul campo (mese 13-24) 5.2 studio dell'uso di fotosensori a stato solido (Univ. PD) - definizione tramite simulazione MC delle strategie di ottimizzazione per il segnale/rumore in un sensore a stato solido (definizione soglie, topologia eventi, temperatura rivelatore+elettronica di Front-End) (mesi 1-6) - realizzazione di un test-stand funzionante per la caratterizzazione e i test di sensori a stato solido acquisiti (mesi 3-14) - produzione di un prototipo funzionante di un elemento di base adatto all'impiego in un array (mesi 10-24) 6) Acquisizione e selezione del segnale: sviluppo di un sistema di acquisizione con trigger a più livelli integrato - studio e realizzazione dell'elettronica di front-end ed acquisizione dati per tubi fotomoltiplicatori tradizionali e per fotorivelatori a stato solido (Univ. SI; INAF/IASF-PA) MIUR - BANDO MODELLO A

14 --- sviluppo del prototipi di scheda di acquisizione (mesi 1-6) --- test della scheda ed integrazione con elettronica di front-end (mesi 6-10) --- sviluppo del prototipo di acquisizione e trigger per la camera (mesi 10-18) --- test ed integrazione con elettronica di front-end e trigger (mesi 18-24) - definizione e simulazione del sistema di trigger sul singolo telescopio basato su veloci somme analogiche (sum trigger) del segnale proveniente da opportune regioni del fotorivelatore (patches) e ottimizzazione dalla mappatura di queste porzioni in diverse configurazioni (mese 1-6) (Univ. PD; Univ. SI) - studio sistema trigger multi-telescopio e dell'interfaccia al sistema di acquisizione del singolo telescopio, in funzione del disegno dell'array di telescopi e della soglia di singolo telescopio (mese 6-12) (Univ. PD; Univ. UD) - test e sviluppo di componentistica elettronica per implementazione hardware della logica di trigger di primo, secondo e terzo livello mediante realizzazione di schede dedicate di somma analogica e di routing per trasferimento di segnali analogici isocroni con alta banda passante; (Univ. SI) --- sviluppo del prototipo di scheda di trigger (mesi 1-4) --- test ed integrazione con la scheda di acquisizione (mesi 4-12) --- sviluppo della elettronica di trigger della camera (mesi 12-16) --- test ed integrazione con la elettronica di acquisizione (mesi 16-24) 7) Sviluppo di tecniche di analisi di immagini Cherenkov con uso contemporaneo di variabili stereoscopiche e variabili temporali (Univ. UD) - studio teorico di modelli e algoritmi di pattern recognition e classificazione temporale degli eventi (mesi 1-4) - selezione e progettazione algoritmi (mesi 4-8) - implementazione degli algoritmi e test su sistema MAGIC (mesi 8-14) - integrazione dell'algoritmo prototipo e verifica nel sistema CTA simulato (mesi 14-20) - verifica e ottimizzazione prestazioni (mesi 20-24) 8) Gestione dei dati di alto livello e archivio scientifico per la comunità (INAF/OA-Roma) - definizione e progetto di un archivio dati CTA e interfaccia con archivi e cataloghi multibanda (mesi 1-12); - definizione e progetto di un archivio multifrequenza per i dati ottenuti dal campo largo del piccolo telescopio (mesi 1-12) - studio e implementazione di script per l'interrogazione dei databases multifrequenza (mesi 13-24) - realizzazione di un prototipo dell'archivio basato su dati MAGIC ed HESS (mesi 13-24) 9) Preparazione della comunità italiana all'uso di CTA come osservatorio (IUSS PV) - realizzazione di un sito web scientifico (mesi 1-6) e preparazione documenti sull'avanzamento del progetto (mesi 1-24) - coinvolgimento della comunità italiana attraverso creazione di user group e attività su dati simulati (mesi 12-24) - attività di formazione dedicata a studenti di dottorato; divulgazione al grande pubblico (mesi 1-24) 10) Gestione scientifica e messa a punto di strategie osservative multifrequenza (IUSS PV) mesi 1-24) - definizione di procedure per osservazioni rapide e pubblicazione dei risultati in risposta ad eventi transienti - definizione di una lista di obiettivi scientifici e delle necessità specifiche di dati multifrequenza per una possibile soluzione, definizione di accordi cooperativi con i team di altri osservatori - definizione della policy per la gestione di dati multifrequenza (campagne di osservazioni pubbliche; key projects; proposals per tempo di osservazione congiunto) - definizione di campagne di monitoring sistematico di campioni di sorgenti e di osservazioni simultanee di sorgenti interessanti Testo inglese We propose to perform an end-to-end study of the Small Telescope system for the CTA. Such a study encompasses a number of different activities following logical steps from the photon production, to its detection through a Cherenkov telescope, to the data distribution to the worldwide astroparticle scientific community. For each work package we specify the timing foreseen as well as the research units in charge To ease the project management burden we plan first to implement a system based on wiki pages to allow for a fast sharing of all pieces of information (months 1-3, resp. IUSS PV) 1- Simulation of the Cherenkov signal -Simulation of the TeV high energy sky encompassing both Galactic (PSRs, SNRs,PWNe, binaty systems) and extragalactic (blazars, AGNs) sources (months 1-12) (resp. INAF/IASF-Mi, INAF/IASF-Pa, INAF/IASF-Roma) -MonteCarlo simulation of Cherenkov emissions from atmospheric showers initiated by photons as well as by particles (months 1-12) (as above) -Creation of a database of such simulated showers (months 1-12) (as above) -Simulation of the detection of the shower signal by our detector arrays (months ) resp. INAF/IFSI-To, Uni. UD) 2-Development and optimization of the mirror production technologies 2.1) Performance improvement for the mirrors obtained with the cold glass slumping technique: -Adaptation and improvement of the diamond milling technique used to built the masters to be replicated through the cold slumping ---Manifacturing of a carbon fiber mandrel to produce spherical and aspherical surfaces (months 1-12) (Univ PD) ---Manifacturing appropriate moulds through diamond milling (months 12-24) (Univ PD) - Design of the reflecting element support and definition of the production and gluing procedure through native spherical geometry (months 1-4) (INAF-OA-Brera) -Manufacturing and test of mirror prototypes with dimension greater than 1 m (months 5-9) (INAF-OA Brera) -Tests on the use of glass foam or ceramic material replacing honeycomb for incrementing the segment structural rigidity. The aim is also to eliminate the Hexcel structure print-through impact which is visible at a low level in cold slumping -produced segments (months 5-9) ( INAF-Brera) -Special coating study to improve both reflectivity and resistance of the reflecting surface (month 12-24) (Univ. PD) -Research and structural tests on high-strength and limited-aging glues (Months 5-9)( INAF OA Brera) 2.2 refinement of the hot slumping technique for the production of the plenary secondary Cheremkov mirrors with a wide field of view (INAF OA Brera) -Mould design for secondary mirrors of wide fields Cherenkov telescopes (Months 10-13) -development of an ad hoc back plan support for thin panels (months 15-17) -prototype production and testing (months 18-24) 3- Study of the optical design for a large field of view (FOV>5 ) (INAF-IASF Pa) (INAF-OA-Ct) Study on an optical design aimed at optimizing wide field of view performances taking into account TeV astronomy requirements (months 1-12) Study of the stereoscopical behavior of different optical configurations as obtained by varying the telescope numbers and distances. The aim is that of optimizing costs, constructions, times, performances and management ease (12-24 months) 4- Study of mounting and structural mechanics for the small telescope (months 1-24) (INAF OA-Brera) Developing of adequate mechanical structure using finite-element analysis Design optimization of a function of cost reduction for full array implementation MIUR - BANDO MODELLO A

15 5- Study of a system of sensors for the small telescope Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca 5.1 realization and optimization of a phototube prototype camera (INAF-IASF-Pa) (INAF-OA-Ct) -Dedicated breadboard development for sensor test and characterization, front-end electronics study and development, construction of a camera prototype built with two MAPMT Hamamatsu sensors (4x4 pixel each) (months 1-12) -Prototype testing : electronic test, laboratory and field test (month 13-24) 5.2 Study of solid state photosensors (Univ. PD) -Strategy definition through MC simulation for signal to noise optimization in a solid state sensor (threshold definition, event topology, detector and front-end temperature) (months 1-6) -Assembly of a working test-stand for test and characterization of the acquired solid state sensors(months 3-14) -Production of a working prototype for a basic element ready for array use (months 10-24) 6- Signal acquisition and selection: development of an integrated, multilevel trigger acquisition system -front-end electronics study and realization and data acquisition for traditional photomultiplier tubes as well as for solid state photodetector (Univ. Siena) (INAF-IASF Pa) ---Acquisition card prototype development (months 1-6) ---Card testing and front-end integration (months 6-10) ---Development of an acquisition and camera trigger prototype (months 10-18) ---Front-end electronics testing and integration (months 18-24) Definition and simulation of a single telescope trigger system based upon trigger sums from detector patches and optimization of such patches in different configurations (months 1-6 ) (Univ. PD),( Univ. Si) Study of the multi-telescope trigger system and of its interface with the single-telescope trigger system, as a function of the design of the telescope array and of the threshold of each telescope (Month 6-12) (Univ. PD),( Univ. UD) Development and test of the electronic cards needed to implement the hardware trigger at different levels (Univ. Si) ---trigger card prototype development (months 1-4) ---acquisition card test and integration (months 4-12) ---development of the camera trigger electronics (months 12-16) ---acquisition electronics test and integration (Months 16-24) 7- Development of techniques to analyze Cherenkov images using at once stereoscopic and temporal variables (Univ. UD) -evaluation of different pattern recognition algorithms (months 1-4) -algorithm design and optimization (month 4-8) -Algorithm implementation and testing using the MAGIC system (months 8-14) -integration of the prototype algorithm into the simulated CTA system (months 14-20) -verification and optimization of the performances (months 20-24) 8- High level management of the data archive (INAF/OA-Roma) -Design of the CTA archive and its interface with existing astronomical multiwavelength archives (months 1-12) -implementation a multiwavelength archive query procedure (months 13-24) -realization of a prototype archive using MAGIC and HESS data (months 13-24) 9-Preparation of the Italian community for the exploitation of CTA as an observatory (IUSS PV) -design and realization of a scientific web site (months 1-6) to host news and documentation related to the project development (months 1-24) -fostering the involvement of the Italian community through activity on simulated data and the creation of users groups (months 12-24) -Public outreach and education activity- coordination of high-energy courses and/or summer schools for PhD students (months 1-24) 10-Assessment of the optimal approach for multiwavelength expoitation of CTA data (IUSS PV) (months 1-24) Implementation of a policy devoted to rapid reaction to transient event as well as to related publication Definition of scientific objectives focusing on the needs related to the organization of multifrequency campaign Definition of the data rights policy for multiwavelength observations. Negotiation of Memorandum of Understanding with different observatories Definition of systematic monitoring campaigns for source population sample and of simultaneous observations of interesting sources 13 - Ruolo di ciascuna unità operativa in funzione degli obiettivi previsti e relative modalità di integrazione e collaborazione Testo italiano Le unità di ricerca che afferiscono al progetto sono fortemente complementari e raccolgono alte competenze specifiche che fanno già parte del patrimonio della comunità italiana e che permetteranno, agendo in collaborazione e sinergia, di portare a termine con successo i diversi pacchi di lavoro in cui si articola questa proposta. Nel seguito si descrive la partecipazione di ogni unità al progetto con riferimento alle specifiche competenze ed esperienze già acquisite. Il breakdown del progetto in pacchetti di lavoro presentato nella sezione 12 descrive dettagliatamente anche l'articolazione delle attività delle diverse sedi. L'Istituto Universitario di Studi Superiori (IUSS) di Pavia è una Scuola Superiore ad Ordinamento Speciale, recentemente istituita (2005) dal MIUR, dedicata alla formazione d'eccellenza e alla formazione alla ricerca e che svolge attività di ricerca in diversi ambiti istituzionali. Il settore di Astrofisica è coordinato dal Prof. G.F. Bignami, responsabile scientifico nazionale di questa proposta. L'unità di ricerca IUSS raccoglie, attorno al responsabile nazionale, un nucleo di ricercatori con notevolissima esperienza nell'ambito dell'astronomia delle alte e altissime energie, sia galattica che extragalattica, con alte competenze sia astrofisiche che di analisi e gestione di progetti e di dati multifrequenza. Lo IUSS svolgerà inoltre il necessario lavoro di coordinamento e raccordo a livello nazionale di tutte le attività, anche mediante la figura del Project Manager, cioè un consulente con esperienza industriale, reclutato per il controllo del progetto nella sua articolazione in Work Packages. Sempre lo IUSS, di concerto con i rappresentanti delle altre unità, si impegnerà a mantenere i rapporti con la collaborazione europea CTA, per ottimizzare l'inserimento e il ruolo del segmento italiano. Infine, un aspetto cruciale dell'attività dell'unità pavese sarà quello di massimizzare il ritorno di CTA come osservatorio, con particolare attenzione per la comunità italiana. In particolare, l'unità di Pavia parteciperà attivamente allo studio e definizione del sistema di gestione dei dati di alto livello che verranno trasmessi agli utenti in diretta collaborazione con l'inaf e coordinerà lo studio di campagne osservative multifrequenza e dell'organizzazione della risposta ad eventi transienti rapidi. Verranno inoltre progettate ed implementate attività di formazione alla ricerca e di divulgazione per la diffusione della cultura scientifica. I ricercatori dell'unità di Padova hanno una maturata esperienza specifica in fisica astroparticellare sperimentale e in astrofisica delle alte ed altissime energie, con MIUR - BANDO MODELLO A

16 particolari competenze nella costruzione ed operazione di telescopi Cherenkov. Dai primi anni 90, membri di questa unità iniziarono una collaborazione con l'università di Siena (partner in questa proposta), proponendo l'esperimento CLUE (Cherenkov Light Ultraviolet Experiment). L'esperimento comprendeva 10 telescopi indipendenti che furono installati nello stesso sito dell'esperimento HEGRA. La progettazione, la costruzione e il mantenimento dei telescopi sono stati quasi completamente a carico dei membri delle due unità, che hanno in questo modo approfondito le tematiche relative alla costruzione di specchi, elettronica, telecontrollo, riduzione e analisi dati. L'esperienza conseguita è stata poi messa a frutto con la partecipazione all'esperimento MAGIC. In questo ambito Padova si è occupata della superficie riflettente e, con Siena, della progettazione e realizzazione del sistema di trigger. Condivide con INAF la responabilità delle ottiche per il telescopio MAGIC2. Il gruppo di Padova è già coinvolto nelle attività della collaborazione europea per CTA relative alle ottiche (con INAF/OA-Brera). E' pertanto naturale che Padova si proponga come polo per lo sviluppo sia dell'elettronica di trigger che dello sviluppo di tecnologie per la produzione degli specchi di buona qualità a basso costo adatti alle esigenze del Piccolo telescopio per CTA. Le attività di carattere tecnologico saranno portate avanti in sinergia con l'unità di ricerca INAF (specchi ed ottiche) e con Siena per lo sviluppo e la realizzazione dell'elettronica. Un'attività non meno importante è lo sviluppo e la messa a punto di tecniche di analisi dati per migliorare la sensibilità dei telescopi Cherenkov combinando la tecnica stereoscopica con le informazioni temporali che si possono ottenere con l'elettronica di campionamento di nuova generazione. L'unità ha anche accumulato esperienza nello studio e sviluppo di fotosensori al silicio. Pertanto proporrà nell'ambito del progetto anche uno studio per l'impiego di fotosensori a stato solido per il piccolo telescopio, sempre collaborando con Siena per la parte di elettronica di acquisizione e selezione. Il gruppo dell'unità di ricerca afferente all'università di Siena ha una notevole esperienza nella progettazione e realizzazione di architetture di acquisizione e selezione in linea di eventi per telescopi Cherenkov, grazie alla partecipazione all'esperimento CLUE (in collaborazione con Padova, vedi paragrafo precedente) e, più recentemente, a MAGIC. In particolare, l'unità è responsabile dello sviluppo dei sistemi di acquisizione dati e selezione degli eventi per i telescopi di MAGIC. Come sviluppo naturale di questo filone, l'unità si dedicherà allo studio e prototipazione del sistema di acquisizione dati ad alta frequenza e delle schede hardware per la realizzazione della logica di trigger multi-livello sviluppata in collaborazione con Padova e Udine per il piccolo telescopio di CTA. L'unità di Udine ha partecipato attivamente allo sviluppo del software di simulazione e di analisi per il Large Area Telescope della missione Fermi ed è attualmente responsabile dell'elaborazione dati del sito di MAGIC alle Canarie. Il gruppo ha accumulato una notevole esperienza nella problematica di classificazione di eventi e nel recupero di informazioni attraverso algoritmi statistici. Tale competenza verrà messa a frutto per affrontare le problematiche relative all'analisi e selezione del segnale per il Piccolo Telescopio e (a livello più alto) per l'array di CTA. In particolare, si occuperà dello sviluppo di algoritmi di pattern recognition e classificazione di eventi, studiando anche la definizione di nuovi parametri basati su variabili topologiche, temporali e stereoscopiche, e della loro implementazione ed integrazione nei sistemi di trigger multi-livello previsto per il sistema. Collaborerà strettamente con le unità di Padova e Siena, che saranno focalizzate sulla realizzazione hardware della logica di selezione scelta. L'Istituto Nazionale di Astrofisica, istituito nel 2003, raccoglie gran parte della comunità italiana attiva nel settore dell'astronomia e dell'astrofisica. Diversi gruppi collocati nelle varie sedi hanno un'elevatissima esperienza nell'astrofisica delle alte energie avendo contribuito allo sviluppo, alla realizzazione e alla gestione di facilities osservative sia spaziali (nella banda gamma: Fermi, AGILE; nella banda X: BeppoSAX, XMM-Newton, INTEGRAL, Swift) che collocate a terra (esperimenti Cherenkov: MAGIC, GAW). Le competenze degli istituti INAF che partecipano a questa proposta apportano un contributo fondamentale in diversi aspetti del progetto del sistema Piccolo telescopio. In particolare, l'osservatorio di Brera è leader nello sviluppo e realizzazione di specchi leggeri con tecnologia replicante, grazie all'esperienza accumulata nello sviluppo delle ottiche per missioni spaziali (BepoSAX, XMM-Newton, Swift) e più recentemente per il telescopio MAGIC2 (con l'unità di Padova). Con Padova, questa sede è già coinvolta nelle attività di studio per le ottiche per CTA. L'ottimizzazione di tecnologie per la realizzazione di specchi ad alte prestazioni e basso costo e lo sviluppo e prototipazione di elementi riflettenti saranno le linee principali dell'attività di questa sede per lo studio del piccolo telescopio per CTA, in collaborazione con l'unità di Padova. IASF-Palermo ha una notevole esperienza nel progetto di sistemi ottici per telescopi Cherenkov e nelle simulazioni di sciami atmosferici grazie allo sviluppo dell'esperimanto GAW. La stessa sede ha anche notevole esperienza nello sviluppo di rivelatori e della relativa elettronica di front-end, sviluppate con la partecipazione a EUSO, a BeppoSAX e a GAW. La partecipazione più naturale al progetto del piccolo telescopio sarà pertanto nello studio del disegno ottico e nell'ottimizzazione dell'array, nonchè nello sviluppo di una camera a fototubi come rivelatore di piano focale. OA-Catania ha una notevole esperienza nella caratterizzazione e nell'uso di fotomoltiplicatori e collaborerà su questi aspetti con IASF Palermo allo sviluppo di un rivelatore di piano focale. Anche lo IASF-Milano parteciperà a queste attività grazie alla notevole esperienza nello sviluppo di foto-sensori. L'ISFI di Torino ha un'ampia esperienza nella simulazione di sciami atmosferici e del comportamento di strumenti per la loro rivelazione, grazie alla partecipazione agli esperimenti ULTRA, EAS-TOP e ARGO-YBJ. La simulazione Monte-Carlo di sciami, la creazione di un database di sciami e la simulazione dalla osservazione di sciami con diversi tipi di rivelatori saranno i contributi nell'ambito dello studio del sistema piccolo telescopio. Diversi gruppi nelle sedi dello IASF-Milano, IASF-Palermo, OA-Roma, IASF Roma sono molto attivi nello studio e modellizzazione di sorgenti astrofisiche di alta energia di sorgenti sia galattiche che extragalattiche e hanno notevole esperienza nel campo dell'astronomia multilunghezze d'onda e potranno portare la loro esperienza nelle attività di supporto scientifico attraverso la simulazione dell'emissione alle altissime energie da parte di diverse classi di sorgenti per ottimizzare lo sviluppo del piccolo telescopio. L'OA-Roma ha una lunga esperienza nella creazione, uso e mantenimento di grandi databases astronomici (ad esempio gli archivi REM e LBC). E' già coinvolto nelle attività CTA per quanto riguarda l'aspetto di archiviazione ed analisi dati in contesto multifrequenza. Pertanto, parteciperà allo sviluppo del sistema piccolo telescopio con lo studio dell'archivio scientifico e di strumenti di analisi dati, curando lo sviluppo di una interfaccia efficiente con dati e cataloghi multilunghezze d'onda. Inoltre lo OA-Roma è coinvolto a livello europeo nelle preparazione del CTA come osservatorio. Entrambe le attività saranno svolte in collaborazione con lo IUSS. Testo inglese The research units participating to this proposal have complementary competences. They gather high specific experiences and skills already available within the Italian community, which will allow - working in synergy - for a successful completion of all of the activities included in our complex project. We describe in the following the role of each research unit to the project, with reference to their specific expertise. The work breakdown structure shown in Sect.12 describes in full detail the contribution of each Unit to different work packages. The Institute for Advanced Studies ( Istituto Universitario di Studi Superiori, IUSS) of Pavia is a higher education and research School, recently established by the MIUR (2005). The Institute is also committed to scientific progress by preparing young researchers and developing scientific research programs. The area of astrophysics is coordinated by Prof. G.F. Bignami, national coordinator of this project. The IUSS unit features, together with the national coordinator, a group of researchers with very a large experience in high and very high energy astronomy, both galactic and extragalactic, with high skills both in astrophysics and in project and multiwavelength data management. The IUSS unit will assume the responsibility of the national coordination of the research activities, also through the work of the Project manager, a consultant with industrial experience, which will keep a check on the development of the project in its work packages. IUSS, in concert with other research units, will also manage relations of the Italian and European collaborations, in order to optimize the contribution - and role within CTA - of the Italian segment. A guideline for the activities of the IUSS unit will be a maximization of the scientific outcome of CTA as an observatory. The IUSS unit will actively participate in the study and definition of the data management system, in collaboration with INAF, with particular attention to the high level data which will be offered to CTA users. Moreover, IUSS will be responsible of the study and implementation of correlated multiwavelength observation campaigns. The unit will also study the management of fast response modes for the observatory dedicated to transient astrophysical events (e.g. upon external trigger). Furthermore, a particular effort will be devote in education and formation activities as well as in public outreach. Researchers at the Padova Unit have gained much experience in experimental Astroparticle physics and in high and very high energy astrophysics, specifically in the construction and operation of Cherenkov telescopes. Such an experience dates back to 1990, when a group in Padova, in collaboration with the university of Siena (partner in this proposal) developed the CLUE experiment (Cherenkov Light Ultraviolet Experiment). The detector was almost completely designed, built and run by members of the two units, who gained a profound expertise with the mirrors production, electronics, remote controlling, data reduction and analysis. The experience was fully exploited later on with the participation to the MAGIC Collaboration. Padova designed and built most of the reflecting surface and, together with Siena, designed and built the trigger electronics. The group in Padova is currently responsible, together with INAF/Brera, for the mirrors for the MAGIC2 telescope. It is already involved (with INAF/Brera) in the European CTA collaboration activities related to the optics. Thus, it is natural that the Padova unit assume a central role for both the development of the trigger electronics and the development of technologies for the production of high-performance, low-cost mirrors, well suited to the case of the Small Size Telescope for CTA. Technological activities will be carried out in synergy with the INAF unit (mirrors and optical design) and with the Siena unit (development and realization of electronics). A very important activity will also be the development and optimization of data analysis algorithms, aimed at improving sensitivity of Cherenkov telescopes by combining the stereoscopic technique with the temporal information which can be obtained using the new generation sampling electronics. The Padova unit has also a large experience in the study and development of silicon photosensors. Thus, as a promising research line for this project, a study for the use of solid state photosensors for the Small Size Telescope will also be carried out, in collaboration with the Siena unit (which will MIUR - BANDO MODELLO A

17 responsible for the acquisition and trigger electronics). Ministero dell'istruzione dell'università e della Ricerca The researchers in the Siena unit have a large experience in the design and realization of acquisition and on-line data selection architectures for Cherenkov Telescopes, thanks to the participation to the CLUE experiment (in collaboration with Padova, see previous paragraph) and, more recently, to MAGIC. In particular, the Siena unit is responsible for the development of the data acquisition system and for the implementation of the trigger system for the MAGIC and MAGIC2 experiments. Thus, as a natural prosecution and development of such a research line, within the proposed study of the Small Size Telescope for CTA, the Siena unit will assume the responsibility to study and prototype the high frequency data acquisition system and the boards for the implementation of the multi-level trigger logic developed in collaboration with the Padova and Udine units. The research group in Udine unit actively participated in the development of the analysis and simulation software for the Large Area Telescope onboard the Fermi mission and it is currently responsible for the data processing at the MAGIC site at Canary Islands. The group gained a large expertise in the topic of event classification and information recovery using statistical algorithms. Such a competence will be fully exploited to study the problem of the analysis and selection of the signal for the Small size Telescope and (at a higher level) for the CTA array. In particular, the Udine unit will develop algorithms for pattern recognition and event classification, by studying the definition of new parameters based on topological, temporal and stereoscopic variables. The group will also study the implementation and integration of such algorithms in the multi-level trigger system for the array. The Udine unit will collaborate with the Padova and Siena units, which will focus their effort on the hardware realization of the designed selection logic. The National Institute for Astrophysics (INAF), established in 2003, gathers most of the Italian community working in the field of Astronomy and Astrophysics. Several groups in different institutes have a very high experience in high energy astrophysics, thanks to a crucial participation to the development, realization and operation of observing facilities, both space-based (Fermi and AGILE in the gamma-ray band; BeppoSAX, XMM-Newton, INTEGRAL, Swift in the X-ray band), and ground-based (MAGIC and GAW Cherenkov experiments). The competences of INAF institutes participating to this proposal will make a fundamental contribution in different aspects of the project of the Small Size Telescope system. In particular, the Brera Observatory is leader in the development and realization of high-quality, light-weight mirrors with replication technology, thanks to the experience gained with the development of the optics for space missions (BeppoSAX, XMM-Newton, Swift) and, more recently, for the MAGIC2 telescope (in collaboration with the Padova unit). Together with Padova, Brera Observatory is already involved in the activities related to the study of the optics for CTA. In collaboration with Padova, the main lines of the activities of the Brera unit for the proposed study of the Small Size Telescope will be (i) the optimization of technologies for the production of high-performance, low-cost mirrors and (ii) the development and realization of prototypes of reflecting elements. INAF/IASF Palermo has a large experience in the design of optical systems for Cherenkov telescopes as well as in the simulation of atmospheric showers, thanks to the development of the GAW experiment. IASF Palermo has also large experience in the development of detectors and of their front-end electronics, thanks to the participation to EUSO, BeppoSAX and GAW. The most natural contribution to the project of the Small Size Telescope will be the study of the telescope optical design and the optimization of the telescope array. Moreover, IASF Palermo will study and develop a focal plane detector based on the use of photo-multiplier tubes. Catania Observatory has a large experience in the characterization and use of photo-multiplier tubes. Thus, Catania will collaborate with the Palermo unit in the development of a focal plane detector. IASF Milano will also actively participate in such a work package, contributing their large experience in the development of photo-sensors. IFSI Torino has a large experience in the simulation of atmospheric showers as well as in the simulation of the behaviour of imaging detectors, thanks to the participation in the ULTRA, EAS-TOP and ARGO-YBJ experiments. Thus, the Torino unit will participate to the study of the Small Size Telescope by simulating atmospheric showers and their Cherenkov emission, by realizing a large database of simulated atmospheric showers, as well as by simulating imaging observations of atmospheric showers using different detectors. Different groups at IASF-Milano, IASF-Palermo, Roma Observatory and IASF Roma are very active in the study and modellization of astrophysical high-energy sources, both galactic and extra-galactic. They also have a large experience in the field of multiwavelength astronomy. Such groups will contribute their competences through a scientific support activity, by simulating the very high energy emission from different classes of sources in order to optimize the development of the small size telescope. The Roma Observatory has a long-lasting experience in the realization, operation and maintenance of large astronomical databases (e.g. the REM and LBC data archives). The Roma observatory group is already involved in activities of the CTA collaboration related to data archiving and data analysis in a multiwavelength context. Thus, as a natural contribution to the study of the small size telescope system, such unit will study and design a dedicated scientific data archive as well as data analysis tools for the small size telescope, and will develop an efficient interface with multiwavelength data and catalogues. OA-Roma is already involved in the study of CTA as on observatory at the European level. Such activities will be carried out in collaboration with the IUSS unit Risultati attesi dalla ricerca, il loro interesse per l'avanzamento della conoscenza e le eventuali potenzialità applicative Testo italiano Al termine di questa ricerca saranno prodotti progetti, dimostratori di elementi costruttivi e prototipi relativi al sistema piccolo telescopio (Small Size Telescope, SST) proposto come contributo italiano al progetto europeo CTA (Array di Telescopi Cherenkov). In particolare: - Ottica: Lo sviluppo della tecnologia per la produzione di grandi specchi a basso costo sarà fondamentale per la realizzazione dell'esperimento CTA, dove il 20% del costo dei telescopi è rappresentato proprio dalla realizzazione ed il controllo dell'ottica. Lo sviluppo di nuove tecnologie ed il consolidamento di quelle già esistenti sono un risultato importante che permetterà ai gruppi italiani di ottenere un ruolo di assoluta leadership nella realizzazione di questi strumenti. Dal miglioramento delle prestazioni degli specchi ottenuti per replica con la tecnica dello slumping a freddo ci si aspetta una semplificazione e riduzione dei costi per gli specchi di grande superficie. Lo studio e protipizzazione riguarderà tutti i vari elementi dello costruzione degli specchi a cominciare dalla realizzazione di stampi convessi di appropriata forma e profilo realizzati attraverso lavorazione al diamante, studio e test di diversi materiali di supporto e delle colle per l'assemblaggio degli specchi. Per la realizzazione invece di pannelli per gli specchi dei telescopi Cherenkov SST a grande campo di vista si svilupperà e perfezionerà il processo di formatura a caldo che permetterà la creazione di segmenti di specchi per specchi con raggi di curvatura ridotti altrimenti non ottenibili con la tecnica dello slumping a freddo. Verrà prodotto inoltre un progetto ottico innovativo che ottimizza le performance per un telescopio a largo campo di vista operante ad alte energie (intorno ai TeV). - Meccanica: Progetto e sviluppo di una adeguata struttura meccanica per il telescopio SST di piccole dimensioni del CTA attraverso la valutazione di diverse soluzioni tecniche innovative. Il progetto includerà analisi ad elementi finiti per validare le diverse soluzioni tecniche considerate oltre la valutazione dei costi di costruzione al fine di implementare una array di SST. - Rivelatori ed Elettronica di Front-end: Nel campo dei rivelatori si realizzeranno progetti e prototipi di strumenti profondamente innovativi per i telescopi Cherenkov. In particolare si produrrà il progetto ed il prototipo dell'elemento base fondamentale di una camera a grande campo di vista con elevata sensibilità e risoluzione spaziale, da montare sullo SST ed il disegno per un rivelatore a stato solido per telescopi Cherenkov. Nel caso della camera a grande campo di vista per il piccolo telescopio verrà prodotto un prototipo che utilizza come rivelatore un fototubo classico scelto attraverso lo studio dei migliori disponibili sul mercato. L'elevata risoluzione temporale sarà ottenuto per mezzo di una elettronica di front end progettata e realizzata ad-hoc in modo da avere una più elevata velocità di risposta che verrà accoppiata ad un più veloce campionamento del segnale di ingresso. Nel caso dei rivelatori a stato solido verrà prodotto lo studio per l'ottimizzazione del segnale/rumore in un sensore di questo tipo attraverso la definizione di soglie, topologia eventi, temperatura ed il disegno dell'interfaccia rivelatore-elettronica di Front-End. Infine verrà prodotto un prototipo funzionante di un elemento di base adatto all'impiego in un array di telescopi Cherenkov. MIUR - BANDO MODELLO A

18 - Elettronica digitale ed acquisizione dati: In tale contesto verrà prodotto un sistema modulare di campionamento ad elevata frequenza di sampling (fino a 5 Ghz) con dinamica a 12 bit, per i sistemi di acquisizione. Questo sistema permetterà un campionamento dettagliato dello sviluppo delle immagini Cherenkov. Lo studio dell'evoluzione temporale delle immagini permetterà lo sviluppo di nuove tecniche di analisi in grado di imporre condizioni più stringenti per la selezione di eventi gamma da eventi di fondo determinando di fatto un aumento della sensibilità degli strumenti. Il nuovo campionatore modulare, adattato alle esigenze di un array di telescopi come CTA potrà essere certamente impegnato in altre contesti applicativi. La realizzazione modulare permetterà la riduzione del costo per canale rendendolo adatto (oltre che per innumerevoli esperimenti di fisica) per applicazioni in fisica medica come ad esempio la PET. Nella PET è importante la precisa ricostruzione dell'evento gamma-gamma, ed una dettagliata informazione temporale permette una precisa coincidenza aumentando dunque il contrasto e la risoluzione spaziale, preziose per la rivelazione di tumori di piccole dimensioni. Verrà prodotta inoltre una nuova architettura di trigger attraverso la realizzazione di un prototipo di trigger programmabile con logica di coincidenza a topologia compatta per il trigger locale di ogni singolo telescopio. Verrà quindi realizzato uno schema di trigger di "array" con logica di vicinanza e molteplicità definita. Il trigger funzionerà come selettore di "pattern" ad altissima velocità (<10 ns), e le sue potenzialità applicative sono notevoli in molti esperimenti di fisica. - Simulazioni, Software ed Analisi Dati: La definizione dei parametri dei segnali che si vogliono studiare vengono effettuati attraverso un estensivo uso di simulazioni MonteCarlo, sia per quanto riguarda i processi fisici (e.g. il numero di eventi, l'intervallo di energia, energia fissa o variabile, direzione di arrivo, direzione di arrivo fissa o variabile, consistenza del gruppo di fotoni, lunghezza del segmento di traccia nello sviluppo della cascata), sia per i dettagli del rivelatore (e.g. livello di osservazione, numero di telescopi, dimensione dei pixel, superficie degli specchi, distanza tra i rivelatori). Durante questa ricerca verrà prodotta una banca dati di sciami simulati da diversi tipi di sorgenti che includerà inoltre l'emissione di luce Cherenkov da parte delle particelle dello sciame e la lettura degli sciami simulati, usando modelli di rivelatori con differenti caratteristiche e disposizioni. Questa banca dati, oltre ad essere un prodotto di alto valore in assoluto, verrà usata all'interno di questa stessa ricerca per lo sviluppo di algoritmi per la ricostruzione di eventi a diverse energie e per lo studio dell'efficienza della discriminazione adroni-gamma, e della risoluzione angolare ed energetica. Sarà utilizzata per la determinazione delle caratteristiche ottimali delle ottiche e dei rivelatori da sviluppare. L'utilizzo di variabili temporali associate alla ricostruzione tridimensionale (o stereoscopica) effettuabile con il campionamento simultaneo dello sciame con più telescopi, è possibile definire con esattezza l'asse dello sciame e la quota di provenienza dei fotoni Cherenkov. Questi due parametri permettono di riconoscere e discriminare gli eventi che con un solo telescopio rimangono ambigui: 1) gli eventi generati da singoli muoni difficilmente coinvolgono i 2 telescopi, e quando lo fanno producono 2 immagini complessivamente inconsistenti con un evento originato da gamma; 2) gli eventi generati da pioni neutri con importante frazione di energia della particella primaria si sviluppano tipicamente a quote inferiori e quindi sono abbastanza riconoscibili a partire dall'altezza di produzione della luce Cherenkov. Con queste nuove tecniche di analisi si potrà aumentare la sensibilità (~ 50%) degli strumenti Cherenkov dimezzando così i tempi di presa dati a parità di apparato, che può essere interpretato come risparmio di tempo e di denaro per raggiungere gli stessi risultati scientifici. Oltre al risparmio, l'aumento di sensibilità permetterà un migliore studio di fenomeni rapidamente variabili (come ad esempio AGN in stato di flaring). Il CTA dovrà fornire accesso ai dati ad una comunità ben più vasta di quella che realizzerà gli strumenti e sarà giocoforza che il formato dei dati e del software per analizzarli dovrà essere facilmente leggibile e comprensibile anche al non esperto. Inoltre, moltissimi campi dell'astrofisica contemporanea hanno bisogno di un approccio multibanda per essere compresi completamente. Per questo, alla fine di questa ricerca, verrà prodotto il progetto di un sistema avanzato di database con un accesso esteso alle informazioni multifrequenza che è fondamentale per il massimo sfruttamento dei dati raccolti. Verrà inoltre prodotto un prototipo di archivio multibanda per i dati del CTA per confrontare le immagini dei telescopi Cherenkov con immagini, cataloghi e dati in differenti bande utilizzando anche i dati che verranno a breve resi disponibili da MAGIC ed HESS. - Preparazione del CTA come osservatorio e Public Outreach Per avvicinare sia la comunità scientifica che il grande pubblico a questo importante progetto europeo verrà realizzato un portale web per CTA-Italia in cui si affiancheranno una sezione dedicata ad utenti della comunità scientifica ed una per il pubblico non professionista. Mediante la sezione scientifica, si offrirà una descrizione del progetto, del contributo italiano e dell'avanzamento dei lavori, e verrà gestita la comunicazione e l'interazione con la comunità. Verrà quindi prodotto uno studio per definire: a) i documenti da distribuire alla comunità e la tempistica per la loro pubblicazione; b) il coinvolgimento della comunità in attività su dati simulati; c) la prospettiva di organizzare uno user committee in questa fase preliminare del progetto. Nell'ambito di questo progetto ci si occuperà inoltre della preparazione e formazione di nuove generazioni di scienziati all'uso delle future facilities. Per cui, oltre ad una attività didattica istituzionale svolta negli atenei di afferenza, si organizzerà una scuola estiva rivolta a studenti di dottorato di ricerca dedicata all'analisi di dati multifrequenza, con particolare enfasi per le osservazioni ad alta ed altissima energia. Ci si occuperà inoltre della divulgazione al grande pubblico delle attività e dei risultati relativi al progetto CTA e al contributo italiano. In particolare, verrà definito un gruppo di coordinamento per le comunicazioni alla stampa, alla televisione e al grande pubblico. Verrà svolta l'opportuna attività di interfaccia con la collaborazione europea su questi temi. Testo inglese Aim of the present research is the production of design and construction elements, demonstrators as well as prototypes for the Small Size Telescope (SST) that represents the Italian contribution to the CTA European project. In particular: - Optics: The technology development necessary for obtaining low-cost production of big mirrors will be essential for the CTA experiment, where 20% of telescope costs will be represented by the optical assembly realization and control. The development of new technologies, as well as the strengthening of existing ones, are an important result, which will allow Italian groups to obtain a leadership role in the actual realization of such instruments. The performance improvements obtained with mirrors replicated using the cold slumping technique will allow for a significant simplification and cost-reduction of large-surface mirror production. Our study and prototype work will concentrate on the various mirror construction elements, starting with the development, through diamond milling, of convex moulds with special forms and profiles, and continuing with the study and test of various support materials and glues for final mirror assembly. On the other hand, the shaping process for the wide-field-of-view SST Cherenkov mirror panels will be based on the hot slumping procedure. This will allow for the creation of segments of reduced-curvature mirrors. Such segments could not be obtained through the cold slumping technique. We will also deliver a an innovative optical design, dedicated to optimising performances for a large-field-of-view telescope, operating at high energies (around TeV). - Mechanics: Design and development of an appropriate mechanical structure for the for the SST small-size telescope, starting by evaluating varied new innovative technical solutions. Work will include finite element analysis to validate different technical solutions as well as construction cost evaluation with an aim to implement a full array of SST telescopes. - Detectors and Front-End Electronics: Deeply innovative detectors are needed for Cerenkov telescopes, and both design and prototypes of such detectors will be realized in our programme. In particular, we will produce the design and prototype of the fundamental basic element of a wide-field-of-view camera with high sensitivity and space resolution, to be mounted on the SST, as well as the design of a solid state detector for Cerenkov telescopes. In the case of the wide-field-of-view camera for the small telescope, a prototype will be produced with a classic PMT as a detector. The PMT will be chosen among the top of the market production. High temporal resolution will be obtained through the design and realization of an ad-hoc front-end electronics, to be coupled with a fast sampling for the input signal. For solid state detectors, signal-to-noise ratio will be optimised through a combination of threshold definition, event topology, temperature control and detector-front-end-electronics design. Finally, a working prototype will be produced for a basic element ready for use in a Cherenkov telescope array. - Digital Electronics and Data Acquisition MIUR - BANDO MODELLO A

19 A high-frequency (up to 5GHz) modular sampling system will be produced, with a 12-bit dynamics, for our data acquisition chains. Such a system will allow for a detailed sampling of Cherenkov images. Image temporal evolution studies will allow for the implementation of new data analysis techniques. These will permit a more stringent gamma-ray event selection from background, thus increasing instrument sensitivity. Such a new modular sampler, although designed for our CTA telescope array, will also feature other possible applications. Its reduced cost per channel will suggest its use in many physics experiments as well as, for example, in medical applications, such as the PET. In the PET context, a precise gamma-gamma event reconstruction is crucial, since a detailed temporal information allows for an improved contrast and spatial resolution, both precious parameters in small tumour detection. We will also produce a new trigger architecture through a programmable trigger prototype, featuring a compact topology coincidence logic for single telescope triggering. An array trigger scheme will subsequently be realized, with proxi logic and defined multiplicity. Such a trigger will act as an extremely fast (<10 nsec) pattern selection system and it will be applicable to multiple other physics experimental contexts. - Simulations, Software and Data Analysis Signal parameter definition will be obtained through extensive Montecarlo simulations. These will be aimed at physical process parameters (like: event numbers, energy intervals, arrival directions, event photon numbers, lengths of tracks in the cascade developments, etc) as well as at detector details (such as: observing levels, pixel dimensions, mirror surfaces, detector distances). Aim of this research will be the production of a simulated data library from different celestial sources. Our library will also include Cherenkov light emission from shower particles as well as global simulated shower readings, using different detector models and dispositions. Such a data bank will also be used for event reconstruction algorithm development for different energies as well as for hadron-photon discrimination and angular and energy resolution. The bank will also be used for determining optimal characteristics for optics and detectors to be developed. Simultaneous sampling of the Cherenkov pulse by multiple telescopes allows for the reconstruction of the shower's axis and altitude. Such parameters make it possible to discriminate events which cannot be rejected using a single telescope: 1) events originated by single muon particles, which do not produce images on different telescopes consistent with a gamma-ray event; 2) events originated by neutral pions carrying a significant fraction of the primary particle, which typically develop at a lower altitude than gamma-ray events. Such analysis techniques will allow to increase the sensitivity by 50%, which translates in a reduction of observing time (and cost) needed to achieve a specific scientific goal. On the other side, an increased sensitivity will allow for a better study of highly variable sources (e.g. flaring AGNs). CTA data will be delivered to a very large community. Thus, data structure and data analysis software should be easy to use for non-experts in Cherenkov techniques. Moreover, a multifrequency approach is crucial in almost all fields of astrophysics. Thus, we will realize the design of an advanced database system to access multiwavelength information, in order to maximize the return of CTA observations. We will also realize the prototype of a multifrequency data archive for CTA, in order to compare CTA images to images, catalogues and data in different bands, including also data which will be delivered soon by MAGIC and HESS. In order to prepare the scientific community as well as the general public to such an important project, a web portal for the Italian CTA segment will be realized, including a section dedicated to professional astronomer, as well as a section dedicated to the public. The scientific section will host a description of the project, of the Italian contributions, and updates on the works in progress. It will be also used to manage the interaction with the community. We will complete a study in order to define: a) the documents to be distributed to the community and the timeline for publication; b) the possibility to involve the community to work on simulated data; c) the possibility of organizing a user committee in such a preparatory phase. Training and preparation of new generation of scientists to the use of future facilities will be a very important process, in order to maximise the scientific outcome for the Italian community. We will organize a summer school for graduate and Ph.D. students devoted to multiwavelength data analysis, with particular emphasis for very high energy data. Public outreach activities will be carried out to publish activities and results related to the CTA project and to the Italian contribution. We will also organize a coordinating group to manage communication with the press and television, in concert with the European collaboration Elementi e criteri proposti per la verifica dei risultati raggiunti Testo italiano Il progetto consiste in uno studio end-to-end del Piccolo Telescopio dedicato alle altissime energie in CTA. Le attività previste dal progetto si articolano in numerosi pacchi di lavoro, parecchi dei quali sono svolti in collaborazione tra diverse unità di ricerca. Il successo finale del progetto dipenderà criticamente dal raggiungimento di risultati intermedi, il che rende particolarmente importante le azioni di verifica in itinere. In questa ottica, un aspetto fondamentale, comune a tutti i pacchi di lavoro, consiste nella definizione preliminare di requisiti specifici (espressi in termini quantitativi) per le diverse componenti (hardware e/o software) del sistema che devono essere sviluppate. Pertanto, il raggiungimento di obiettivi si potrà verificare facilmente e in modo obiettivo valutando i risultati intermedi rispetto ai requisiti richiesti in fase di definizione. Un aspetto critico per il successo di un progetto di questa complessità è il rispetto della tempistica prevista per il completamento delle diverse attività. Al fine di garantire un controllo continuo dello stato di progresso dei vari pacchi di lavoro e di verificare il raggiungimento dei risultati attesi, nei tempi previsti, un ruolo fondamentale sarà svolto dal Project Manager, un consulente con esperienza anche industriale. Inoltre, si implementerà un sistema di wiki pages accessibili a tutti i membri della collaborazione. Tale sito - la cui manutenzione e visibilità saranno di primaria importanza - sarà strutturato in pagine seguendo l'articolazione del progetto. Ogni pagina relativa ad un pacco di lavoro dovrà essere aggiornata continuamente dai partecipanti al pacco di lavoro stesso e utilizzata per pubblicare alla collaborazione lo sviluppo del lavoro e per condividere i risultati ottenuti. Sarà previsto uno spazio per esporre commenti e sviluppare discussioni. Si organizzeranno dei web meetings periodici per descrivere lo stato del lavoro, discutere i risultati e definire le azioni successive. A tal fine si sfrutteranno sistemi standard di conferenza via rete. La frequenza dei meeting sarà necessariamente elevata per garantire il rispetto della tabella di marcia, ad esempio la cadenza potrebbe essere settimanale per meeting relativi agli specifici pacchi di lavoro e bisettimanale per i meeting a livello di collaborazione. Le pagine wiki saranno ovviamente usate a supporto di tali meetings per visualizzare grafici, risultati e immagini. Oltre ai web meetings, si organizzerà anche un incontro aperto a tutta la collaborazione e ad altri scienziati della comunità, per avere un feedback dall'esterno. Pubblicazione dello stato dei lavori alla comunità avverrà anche tramite il sito web pubblico dedicato al progetto. Lo sviluppo del progetto del Piccolo Telescopio avverrà in ogni caso in stretta connessione con la collaborazione europea per CTA. Pertanto un giudizio in itinere sul progresso dei lavori e sui risultati verrà operato anche a livello europeo da panel definiti nell'ambito della collaborazione. Un'osservazione critica da parte dei colleghi europei sarà un elemento particolarmente importante. Da un lato avrà funzione di controllo della qualità del lavoro e del raggiungimento di obiettivi; dall'altro, consentirà di raccogliere idee e critiche utili per un ulteriore sviluppo e miglioramento. Durante la realizzazione del progetto e soprattutto a fine progetto saranno pubblicati gli studi eseguiti, i risultati dei test svolti e realizzati prototipi di parti del sistema o di interi sottosistemi. I risultati ottenuti saranno pubblicati su riviste internazionali, presentati a congressi internazionali e/o pubblicati in rapporti interni o come note tecniche. Testo inglese The project consists in an end-to-end study of the Small Size Telescope devoted to very high energy gamma-rays in the CTA. The program includes several activities, articulated in work packages which will be developed in collaboration by different research units. A successful completion of the project critically depends on the achievement of intermediate results. Thus, monitoring the progress of the work and the quality of results will be crucial. In such a perspective, we note that a fundamental, preliminary step - common to all work packages - is the definition of specific, quantitative requirements for all of the components (both hardware and software) of the system, in view of the desired performance for the Small Telescope. Thus, a natural, easy and objective criterium for checking and evaluating achievements of goals is to compare intermediate results to the requirements. A successful completion of the project will also require to thoroughly meet the timeline defined for different work packages. To this aim, as well as to allow for an easy check of the status and quality of the work, we will rely on a Project Manager. Moreover, we will set up a wiki system, accessible to all collaboration members from the web. Regular mantainance and visibility of the system will be of fundamental importance for the project. The wiki pages will be articulated according to the MIUR - BANDO MODELLO A

20 hierarchical organization of the program. Pages devoted to specific work packages will be routinely updated by each work package participant, in order to publish the progress of the work and to exchange results. It will be possible to post comments and discuss results. We will also organize periodical web meetings to discuss the status of the work and to plan future actions. Standard tools for web conference will be used to this aim. Frequency of meetings will be necessarily high, in order to guarantee a systematic exchange of information and a fast development of the project. For instance, specific work package web meetings could be held once a week, while larger collaboration meetings could be held twice a month. Wiki pages will be used during such meetings as a tool to visualize results, plots, images. We will also organize at least one face-to-face meeeting open to the collaboration, as well as to scientists from the community, in order to have an external feedback. The status of the work will also be published to the community through the public CTA web site. We stress that development of the Small Size Telescope project will be carried out in the general framework of the european consortium for CTA. The status of the work and of the quality of results will also be evaluated at the european level, by international panels defined by the CTA collaboration. Exchange of information with our european colleagues will be extremely important, both to assess and to improve the quality of our results. At the end of the project our team will deliver the results obtained by the performed studies, by the performed tests on the system or part of it and prototypes of subsystems or part of them. All those results will be published on international journals, presented at international conferences and/or reported in internal notices or technical reports Mesi persona complessivi dedicati al Progetto di Ricerca Numero 16.1 Personale dipendente dall'ateneo/ente cui afferisce l'unità di ricerca a) docenti / ricercatori / tecnologi b) altro personale tecnico Personale dipendente da altri Atenei/Enti a) docenti / ricercatori / tecnologi 34.5 b) altro personale tecnico Personale non dipendente già acquisito con altri fondi a) assegnisti 14 b) titolari di borse di dottorato 23 c) titolari di borse di post-dottorato 0 d) borsisti delle scuole di specializzazione 0 e) collaboratori coordinati e continuativi 0 f) co.co.pro 0 g) borsisti 20 h) altro Personale non dipendente da destinare a questo specifico Progetto a) assegnisti 72 b) titolari di borse di dottorato 0 c) titolari di borse di post-dottorato 0 d) borsisti delle scuole di specializzazione 0 e) collaboratori coordinati e continuativi 0 f) co.co.pro 0 g) borsisti 12 h) altro 0 TOTALE MIUR - BANDO MODELLO A