Master Theses

I Laboratori Nazionali di Frascati sono da sempre disponibili ad accogliere presso le proprie strutture studenti universitari che devono svolgere le loro tesi magistrali.

Gli studenti avranno l’opportunità di scegliere tra supervisori afferenti a diversi campi della fisica, in collaborazione con gruppi internazionali di riconosciuta esperienza.

Potranno inoltre prendere parte ai nostri team di ricerca per sviluppare gli argomenti oggetto delle loro tesi e svolgere attività di laboratorio avvalendosi della strumentazione dei LNF.

Si tratta di un invito ad approfittare di un’infrastruttura di ricerca unica in Italia, la quale può vantare eccellenze scientifiche e tecnologiche in diverse settori della ricerca.

 

argomento proposto gruppo linea di ricerca Poster responsabili Abstract
Sistema di acquisizione per il nuovo tracciatore ITk di ATLAS a HL-LHC ATLAS Strumentale Marianna Testa Per il 2026 è previsto un upgrade del Large Hadron Collider (HL-HLC) che permetterà di raccogliere una luminosità integrata di 3000 fb-1 in 10 anni, un fattore 10 maggiore di quella che verrà raccolta entro il 2023.
Questo aumento di statistica permetterà alla collaborazione ATLAS, di produrre nuove e più precise misure sulla natura del bosone di Higgs, e sulle ricerche di nuova fisica alle scale del TeV.
La luminosità istantanea prevista, ~7.5×1034cm-2s-1, determinerà un aumento del numero di interazioni protone-protone di ~ 200 per ogni incrocio dei fasci.
Per fronteggiare il conseguente aumento di particelle cariche prodotte, l’attuale tracciatore interno verrà sostituito con un nuovo rivelatore a pixel.
I Laboratori Nazionali di Frascati hanno la responsabilità dell’assemblaggio finale. Attualmente stiamo lavorando per predisporre un sistema di acquisizione dati per la lettura dei moduli pixels. Lo/la studente avrà l’opportunità di imparare una tecnologia di punta, e di guadagnare esperienza per un progetto di lungo termine.
Ricerca di bosoni Z’ assumendo scenari supersimmetrici e lepto-fobici a HL-LHC ATLAS Fisica delle particelle elementari,
studi di simulazione MC
Gennaro Corcella
Marianna Testa
La ricerca di bosoni pesanti Z’, predetti in modelli ispirati dalle Teorie di Grande Unificazione (GUT), è tra le sfide principali di LHC.
Gli attuali esperimenti si sono concentrati sull’analisi di stati finali con particelle del Modello Standard e hanno posto limiti di esclusione sulla massa della Z’ dell’ordine del TeV. Tuttavia, la Z’ potrebbe decadere anche in nuove particelle, per esempio in particelle supersimmetriche, che danno luogo a stati finali con leptoni ed energia mancante (neutrini
e neutralini). Inoltre, vi sono realizzazioni dei modelli GUT, i cosiddetti scenari leptofobici, nei quali i leptoni in eventi con la Z’ possono scaturire solo da cascate supersimmetriche, essendo soppressi gli accoppiamenti diretti con i leptoni.
LHC ad alta luminosità (HL-LHC) partirà nel 2026 e fornirà una luminosità di 3000/fb in dieci anni, dieci volte in più rispetto ai dati raccolti entro il 2023. Questa gran quantità di dati migliorerà le ricerche in corso di nuova fisica alla scala del TeV ed aprirà la strada per lo studio di nuovi segnali.
Il decadimento della Z’ in leptoni e particelle invisibili è una nuova topologia, non ancora analizzata con gli attuali dati di LHC, nè con una simulazione realistica a HL-LHC.
Proponiamo dunque un nuovo studio teorico-sperimentale sulla significatività di questo canale a HL-LHC, basato sulla simulazione del rivelatore ATLAS.
Il/la laureando/a avrà l’opportunità di comprendere tutte le fasi di un’analisi sperimentale complessa, dai modelli teorici da verificare, alla ricostruzione degli eventi, sino all’analisi del segnale.
Costruzione e test delle camere Micromegas SM1 per l’upgrade dello spettrometro a muoni dell’esperimento ATLAS ATLAS Strumentale Giovanni Maccarrone
Giada Mancini
Il Gruppo ATLAS dei Laboratori Nazionali di Frascati è responsabile dell’assemblaggio delle camere SM1 e della validazione delle stesse presso la Stazione di Raggi Cosmici.
Il lavoro di tesi riguarderà dunque sia un’attiva partecipazione al processo di assemblaggio delle camere nonchè la messa a punto delle misure da effettuare nel validare il quadrupletto in vista dell’integrazione al CERN.
Per maggiori informazioni vedi il poster.
L’esperimento BelleII a SuperKEKB BelleII Fisica delle particelle elementari Riccardo de Sangro Opportunità per studenti e laureati:
Il gruppo di BelleII dei LNF è responsabile del funzionamento del rivelatore dei mesoni K neutri a vita lunga (KL) e dei leptoni μ, denominato KLM, appena entrato nella fase di presa dati.
Sono disponibili tesi a vari livelli, sia per studenti (triennali e magistrali) che per dottorandi, fra gli argomenti possibili:
● Ottimizzazione degli algoritmi di ricostruzione dei KL
● Calibrazione del rivelatore KLM tramite il processo e+e → γφ
● Studio delle prestazioni del KLM sui dati
● Misura della violazione di CP time-dependent in B → J/ψ KL Alcune attività offrono l’opportunità di trascorrere dei periodi nel laboratorio KEK a Tsukuba in Giappone.
Studio delle prestazioni del rivelatore a GEM cilindriche per l’ esperimento BESIII BesIII Fisica delle particelle elementari Monica Bertani La collaborazione italiana di BESIII sta costruendo a Frascati un rivelatore a GEM cilindriche che andrà a sostituire l’attuale camera a deriva interna dell’apparato BESIII per la ricostruzione delle tracce delle particelle provenienti dal punto di interazione tra elettroni e positroni.
Una volta completato e messo in opera, sarà necessario studiare prestazioni del rivelatore in termini di efficienza, guadagno, risoluzioni spaziale e temporale.
Misura della fase relativa tra le ampiezze dei diversi canali di decadimento della risonanza ψ(3686) BesIII Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Monica Bertani La risonanza dello stato del charmonio ψ(3686), detta anche ψ’, ha una massa nella regione di transizione tra il regime perturbativo della QCD e quello non perturbativo. Lo studio dei decadimenti adronici ed elettromagnetici (e.m.) della ψ’ permette di migliorare la conoscenza della sua struttura e chiarire in quale regime ha luogo l’interazione.
Il decadimento in adroni degli stati del charmonio avviene prevalentemente attraverso il processo elettromagnetico e quello forte.
Le rispettive ampiezze di decadimento Aem Af secondo la pQCD dovrebbero essere reali ma ci sono diverse indicazioni sperimentali (anche da BESIII per quanto riguarda la J/ψ) che tali ampiezze siano in realtà immaginarie.
BESIII sta prendendo dati proprio nella regione della risonanza ψ’, si propone un’analisi dei dati raccolti per la misura della fase relativa tra le ampiezze e.m. e forte nei decadimenti adronici della ψ’.
Ricerca di miscele ecologiche per l’esperimento CMS al LHC del CERN di Ginevra CMS Strumentale Davide Piccolo I rivelatori per muoni rivestono importanza fondamentale nella fisica del bosone di Higgs e per la ricerca delle nuove elusive particelle predette dai teorici per spiegare l’enigma della materia oscura nell’Universo.
I rivelatori a piatti resistivi (RPC) contribuiscono in modo cruciale alla rivelazione e al trigger dei muoni dell’esperimento CMS.
Per funzionare in maniera performante tali rivelatori devono lavorare con miscele di gas con un alto impatto ecologico in termini di inquinamento e che sono state recentemente messe al bando dalla comunità europea.
Il gruppo di Frascati è in prima linea con misure presso i propri laboratori e preso il CERN di Ginevra nella ricerca di miscele alternative ecologiche che garantiscano le alte prestazioni per gli RPC di CMS e gli RPC del futuro.
Si richiede disponibilità per periodi di permanenza all’estero.
Sviluppo di materiali innovativi per rivelatori per muoni nell’esperimento CMS al LHC del CERN di Ginevra CMS Ingegneria Chimica e dei Materiali Giovanna Saviano I rivelatori per muoni rivestono importanza fondamentale nella fisica del bosone di Higgs e per la ricerca delle nuove elusive particelle predette dai teorici per spiegare l’enigma della materia oscura nell’Universo. Il programma sperimentale all’LHC del CERN prevede una lunga fase a luminosità estremamente elevate che obbligano a considerare cambiamenti radicali nella tecnologia dei rivelatori. La tesi affronta la problematica di proporre nuovi materiali da utilizzarsi come elettrodi in rivelatori a gas (RPC e MPGD). I nuovi materiali verranno prodotti e caratterizzati presso Sapienza, e utilizzati per costruire prototipi di rivelatori utilizzati presso i Laboratori Nazionali di Frascati.
I risultati saranno inseriti in un contesto più generale e verranno esplorate applicazioni immediate in campi esterni alla fisica delle particelle. La tesi verrà svolta nell’ambito della collaborazione Sapienza Facoltà di Ingegneria e Laboratori Nazionali di Frascati. Si richiede disponibilità per periodi di permanenza all’estero.
Sviluppo, costruzione, utilizzo di rivelatori Multi Pattern Gas Detectors per la rivelazione dei muoni CMS Strumentale Luigi Benussi I rivelatori per muoni rivestono importanza fondamentale nella fisica del bosone di Higgs e per la ricerca delle nuove elusive particelle predette dai teorici per spiegare l’enigma della materia oscura nell’Universo. Il gruppo CMS Frascati ha realizzato dalla metà degli anni 2000 ad oggi una parte del rivelatore per muoni dell’esperimento CMS, ed è attualmente in produzione un rilevante miglioramento basato sulla tecnologia MPGD. CMS Frascati è anche uno dei 5 siti di produzione mondiali delle camere con tecnologia GEM da installare a partire dal 2020. Si richiede disponibilità per periodi di permanenza all’estero.
Test di meccanica quantistica con kaoni neutri a KLOE-2 KLOE-2 Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Erika De Lucia
Antonio Di Domenico
La produzione di coppie di kaoni neutri in uno stato quantico puro è una caratteristica unica di una φ-factory e ci permette di studiare effetti di interferenza quantistica e identificare fasci puri e monocromatici di KS e KL. Il doppietto di kaoni neutri è uno dei sistemi più intriganti in natura.
L’entanglement nelle coppie di kaoni neutri prodotte alla φ-factory DAPHNE fornisce uno strumento unico per effettuare test di simmetrie discrete e dei principi base della meccanica quantistica, motivando fortemente le ricerche sperimentali di violazione della simmetria CPT e invarianza di Lorentz che rappresenterebbero un inequivocabile segnale di Nuova Fisica.
La misura ad oggi più precisa nel settore dei quark dello Standard Model Extension è stata ottenuta studiando il decadimento phi → KSKL → π + π-π + π- usando 1,7 fb -1 di dati raccolti dall’esperimento KLOE [Phys. Lett. B730 (2014) 89-94]
La luminosità aggiuntiva di 5 fb-1 di KLOE-2 consentirà di migliorare significativamente i risultati attuali sfruttando anche l’inserimento di un rilevatore di tracciamento a GEM. KLOE-2 è infatti il ​​primo esperimento nel campo della fisica delle alte energie che utilizza la tecnologia GEM con una geometria cilindrica, un nuovo rivelatore sviluppato a LNF sfruttando le proprietà del kapton.
Entrambi i kaoni neutri decadranno entro pochi centimetri dal punto di interazione, pertanto le prestazioni del rivelatore in termini di risoluzione spaziale e stabilità durante l’acquisizione dei dati sono essenziali per isolare il segnale e migliorare la reiezione degli eventi di fondo rispetto al segnale. L’attività includerà algoritmi dedicati per selezionare gli stati finali in 4 pioni e la misura delle prestazioni di tracciamento e ricostruzione di vertice studiando topologie e segnatura degli eventi nel rilevatore KLOE-2.
Ricerca di materia oscura leggera con il rivelatore KLOE-2 KLOE-2 Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Elena Perez Del Rio, Enrico Graziani La possibilità di rilevare la materia oscura leggera nel regime sub-GeV attraverso il decadimento di un mediatore del settore oscuro leggero (light dark sector) è un’opportunità unica per KLOE-2.
Una possibile segnatura del processo è la presenza di eventi con un fotone monocromatico ed energia mancante. KLOE-2 ha raccolto circa 2 fb-1 di luminosità integrata usando una selezione dedicata rappresentata dal trigger di Singolo Fotone, in cui gli eventi identificati vengono poi selezionati e registrati in un campione di dati dedicato.
L’attività includerà la simulazione Monte Carlo del segnale, lo studio di algoritmi avanzati per sopprimere gli eventi di fondo e l’analisi dei dati pre-selezionati.
Il set di dati KLOE-2 potrebbe anche essere utilizzato per cercare il bosone B, un possibile mediatore dell’interazione tra particelle di materia oscura e modello standard (SM). Per questo scopo sono disponibili più di 5 fb-1 di dati. Il decadimento del bosone B simula decadimenti noti del modello standard, rappresentando quindi una sfida nelle tecniche di analisi per ottenere una misura precisa del limite superiore sull’accoppiamento tra i settori Dark e SM nell’intervallo di massa sub-GeV.
Fisica adronica a KLOE-2 KLOE-2 Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Elena Perez Del Rio

Paolo Gauzzi

I decadimenti radiativi del mesone φ forniranno il set di dati più grande di mesoni η : un totale di 3 × 10^8 mesoni η prodotti in 8 fb-1. Questi dati saranno usati per migliorare i limiti esistenti sulle modalità di violazione osservare nei decadimenti del mesone η e la conoscenza dei suoi decadimenti in quattro particelle cariche.
I circa 2.4×10^10 mesoni φ raccolti dalle collaborazioni KLOE e KLOE-2, rappresentano il più grande campione di dati di questo tipo raccolti al mondo. La prima evidenza dei decadimenti φ → ηπ + π- e φ → ημ + μ- è prevista con i dati di KLOE-2. Attualmente, entrambi i decadimenti sono stati cercati dagli esperimenti CMD-2, che hanno messo un limite superiore di: BR (φ → ηπ + π-) <1,8 × 10-5 @ 90% CL, BR (φ → ημ + μ-) <9,4 × 10-6 a 90% CL
Studio del decadimento debole Bs → μ+μ LHCb Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Matteo Palutan
Marco Santimaria
Barbara Sciascia
I decadimenti dei mesoni Bs e Bd in coppie di muoni sono estremamente rari: avvengono poche volte in miliardi di decadimenti dei B. Questi processi rappresentano un potente mezzo per investigare la fisica oltre il Modello Standard, poiché le quantità osservabili potrebbero deviare dalle predizioni teoriche. Per questo motivo, questi canali sono sempre stati tra le misure di punta di LHCb, e di LHC in generale.
Il gruppo di Frascati ha sempre avuto un ruolo centrale nell’analisi Bd,s → μ+μ a LHCb sin dai primi anni di vita dell’esperimento. Lo scorso anno abbiamo misurato la probabilità di decadimento Bs → μ+μ per la prima volta utilizzando il rivelatore LHCb, mentre l’ancora più raro Bd → μ+μ resta elusivo.
Nel 2018, LHCb completerà il Run 2 di acquisizione dati a LHC: l’enorme mole di dati registrati ci permetterà di eseguire una misura precisa del branching fraction del Bs → μ+μ e porterà possibilmente alla prima evidenza del rarissimo processo Bd → μ+μ.
Gli studenti interessati nel partecipare in questa misura saranno direttamente coinvolti in molti aspetti interessanti che caratterizzano un’analisi così importante. Gli argomenti di tesi vanno dall’ottimizzazione degli algoritmi di identificazione dei muoni, alla reiezione dei fondi, fino allo sviluppo di avanzati algoritmi di Machine Learning.
Studi per il trigger di muoni a LHCb LHCb Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Patrizia de Simone
Barbara Sciascia
Il gruppo LHCb dei Laboratori Nazionali di Frascati è responsabile dello sviluppo degli algoritmi di identificazione dei muoni.
Questi algoritmi sono estremamente importanti per le linee di trigger che selezionano con elevata efficienza, campioni di dati arricchiti con adroni b e c. L’imminente upgrade di luminosità (un fattore 5 a partire da 2021) aumenterà il flusso delle particelle incidenti sul Rivelatore a Muoni: un fattore maggiore di 8 nelle regioni più illuminate.
Questo aumento impone una revisione degli attuali algoritmi, per migliorare la reiezione del fondo mantenendo un elevata efficienza di identificazione sull’intero intervallo di impulso trasverso dei muoni. Inoltre, questi algoritmi per poter essere utilizzati dalle linee di trigger devono essere estremamente veloci: l’identificazione dei muoni deve avvenire in un tempo inferiore ad 1 ms per ogni evento.Possibili argomenti che possono essere sviluppati come una tesi sono:
1. Sviluppo di variabili discriminanti tramite l’uso di algoritmi di Machine Learning, per aumentare l’efficienza di identificazione dei muoni principalmente a basso impulso trasverso.
2. Sviluppo di una linea di trigger basata sulla ricostruzione delle tracce di candidati muoni utilizzando il solo Rivelatore a Muoni.
Test dell’Universalità Leptonica tramite lo studio dei decadimenti semileptonici del Bs a LHCb LHCb Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Marcello Rotondo
Barbara Sciascia
1) Studio del fondo nel canale di decadimento Bs —> Ds(*) tau nu_tau

Il tipo di fondo principale nel decadimento semitauonico Bs —> Ds(*) tau nu_tau è dovuto ai canali con due
mesoni con charm nello stato finale, come il processo Bs —> Ds(*) Ds X. In questo lavoro di tesi si propone uno studio sistematico della produzione di questi processi che non sono conosciuti con adeguata precisione. Per questa attività verranno sfruttati algoritmi di Machine Learning per la selezione degli eventi.

2) Sviluppo di un algoritmo di nuova concezione per il controllo dell’efficienza di ricostruzione di fotoni soffici

Il controllo sull’efficienza di ricostruzione dei fotoni soffici è cruciale in molte analisi dei decadimenti
semileptonici dei mesoni Bs. Proponiamo lo sviluppo e lo studio di un nuovo tipo di campione di controllo che
sfrutta la ricostruzione parziale di mesoni con charm. L’algoritmo sviluppato avrà applicazioni anche in altre
analisi di LHCb che richiedono la ricostruzione di fotoni.

3) Miglioramento della risoluzione delle osservabili cinematiche del processo Bs —> Ds(*) tau nu_tau usando algoritmi di Machine Learning

La risoluzione delle osservabili cinematiche in decadimenti semitauionici è fondamentale per estrarre il segnale
con alta sensibilità. In questo lavoro di tesi si propone di utilizzare algoritmi di Machine Learning per
sfruttare in modo efficiente tutte le informazioni dell’evento, per il miglioramento della risoluzione sulla
cinematica del decadimento.

Tomografia adronica all’LHC con LHCb LHCb Fisica Nucleare Pasquale Di Nezza I nucleoni, che a ragione possono essere considerati il più piccolo sistema complesso dell’Universo, si stanno rivelando molto più complessi di quanto immaginato in precedenza. La loro comprensione può portare a definire la Cromodinamica Quantistica (QCD) in maniera molto più profonda.
Per la prima volta all’LHC, con lo spettrometro di ultima generazione LHCb, si installerà un bersaglio fisso che lavorerà in sinergia con le interazioni pp aprendo una finestra su tali nuove e innovative misure.
Il progetto prevede non solo sviluppi di fisica delle alte energia, ma tocca anche aspetti più propriamente tecnologici nel campo degli acceleratori.
Sviluppo di rilevatori a gas “micro-pattern” con tecnologia μ-RWELL LHCb Strumentale Giovanni Bencivenni
Marco Poli-Lerner
I rilevatori di muoni nell’ambito delle sperimentazioni di LHC rappresentano una sfida per la Fase 2 degli upgrade. Il gruppo di lavoro di Frascati sta sviluppando una tecnologia basata su rilevatori “micro-pattern” ad alta granularità e con una costruzione semplificata. La tesi verterà su R&D e test su fascio di dispositivi μ-RWELL.
Ricerca di particelle Axion Like e fotoni oscuri in due leptoni NA62 Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Antonella Antonelli
Tommaso Spadaro
Le possibili estensioni del Modello Standard (SM) prevedono la presenza di campi aggiuntivi, debolmente accoppiati alle particelle SM attraverso un certo numero di “portali”: questi sono meccanismi di interazione, classificati in termini di proprietà di simmetria. Un portale vettoriale introdurrebbe un nuovo campo, chiamato “dark photon” (DP), che interagisce con il fotone SM e ogni campo carico dello SM. Un portale assiale introdurrebbe, tra le altre possibilità, una particella tipo assione (ALP), che interagisce con i leptoni. ALP e DP possono essere prodotti da interazioni dei protoni del fascio SPS ad alta intensità su targhetta, il loro decadimento può essere rilevato con l’apparato dell’esperimento CERN NA62. La tesi sarà dedicata alla ricerca di decadimenti ALP e DP in due leptoni con dati presi nel 2016, 2017 e 2018.
Ricerca di decadimenti del fotone oscuro di massa zero in invisibile NA62 Fisica delle particelle elementari, Analisi dati Antonella Antonelli Tommaso Spadaro Le possibili estensioni del Modello Standard (SM) prevedono la presenza di campi aggiuntivi, debolmente accoppiati alle particelle SM attraverso un certo numero di “portali”: questi sono meccanismi di interazione, classificati in termini di proprietà di simmetria. Un portale vettoriale introdurrebbe un nuovo campo, chiamato “dark photon” (DP), che interagisce con il fotone SM e ogni campo carico dello SM. Il meccanismo di interazione e’ peculiare nel caso di DP di massa nulla. Il DP potrebbe essere prodotto da decadimenti in volo del K+ nel fascio di kaoni di alta intensità ,K12, utilizzato dall’esperimento NA62 al CERN.La tesi sarà dedicata alla ricerca di decadimenti dei K in due pioni e un fotone oscuro di massa zero con dati presi nel 2016.
Sviluppo di un’analisi multivariata per l’identificazione del decadimento KL → π0νν e la reiezione dei decadimenti di fondo con l’esperimento KLEVER NA62 Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Antonella Antonelli Matthew Moulson Il fondo principale nella ricerca del decadimento KL → π0νν è costituito da decadimenti KL → π0π0, oltre 107 volte più abbondanti, in cui due dei quattro fotoni dello stato finale non vengono rivelati. Anche i decadimenti in nπ0 dei barioni Λ prodotti nel fascio insieme con i KL possono costituire un fondo importante. Le diverse grandezze misurate, quali i segnali lasciati nei sistemi di veto e le informazioni geometriche e cinematiche risultanti dalla ricostruzione del decadimento, consentono la discriminazione tra segnale e fondo, ma queste grandezze devono essere combinate in modo ottimale per raggiungere il livello di reiezione richiesta dalla misura, fornendo al contempo un indicatore statistico della probabilità che un evento sia dovuto a segnale o fondo.
Disegno di un calorimetro shashlyk in grado di fornire informazioni sulla deposizione di energia longitudinale da utilizzare nell’esperimento KLEVER NA62 Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Antonella Antonelli Matthew Moulson Il calorimetro elettromagnetico principale (MEC) di KLEVER viene usato sia per la ricostruzione del segnale che per la reiezione del fondo. Una soluzione economica per la costruzione del MEC che sembra in grado di garantire le prestazioni necessarie in termini di efficienza, risoluzione energetica e risoluzione temporale è la tecnica shashlyk, con la lettura della luce attraverso mattonelle scintillanti con fibre ottiche WLS. Un calorimetro in grado di fornire informazioni sulla deposizione di energia longitudinale consentirebbe la discriminazione tra sciami elettromagnetici, sciami adronici e interazioni di muoni. L’oggetto primario dello studio è la simulazione di un calorimetro shashlyk a lettura longitudinale, con la possibilità di costruire un prototipo e testarlo con fasci di elettroni e adroni neutri.
Disegno dei veti per fotoni a basso angolo da utilizzare nell’esperimento KLEVER NA62 Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Antonella Antonelli Matthew Moulson I rivelatori di veto per i fotoni a basso angolo intercettano il fascio neutro, devono quindi rigettare i fotoni prodotti nei decadimenti di fondo, che fuoriescono dall’esperimento attraverso la linea del fascio, in presenza di un fondo intenso di neutroni e fotoni soffici provenienti dal fascio stesso. Attualmente si stanno considerando due tecniche alternative per la costruzione di questi rivelatori: una basata sulla calorimetria Cerenkov con cristalli pesanti; l’altra che sfrutta l’aumento della produzione di coppie e+e− nelle interazioni coerenti tra i fotoni di alta energia e gli atomi di un cristallo ad alto Z. L’oggetto primario dello studio è la simulazione di una o entrambe le possibili soluzioni, con particolare attenzione all’integrazione con la linea del fascio, nonché ad un trattamento valido degli effetti delle interazioni coerenti nel secondo caso. Si prevede l’opportunità di partecipare alla costruzione di prototipi e al test con fasci di elettroni e adroni neutri.
Ricerca di nuove forze PADME Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Mauro Raggi
Paolo Valente
Giovanni Organtini
Paola Gianotti
La ricerca di evidenze sperimentali della materia oscura è uno dei problemi fondamentali della fisica moderna. Una delle possibilità è di introdurre una nuova forza “quinta forza” ed un nuovo bosone mediatore. Queste forze sono molto deboli e possono essere esplorate con piccoli esperimenti di grande precisione. L’esperimento PADME, ai laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, inizierà la sua presa dati a giugno del 2018. Numerosi stati finali di nuova fisica saranno accessibili all’esperimento con la possibilità di lavorare su dati appena acquisiti.
Calibrazione del calorimetro elettromagnetico PADME Fisica delle particelle elementari, Strumentale Mauro Raggi
Paolo Valente
Giovanni Organtini
Paola Gianotti
Il calorimetro elettromagnetico dell’esperimento PADME è composto di 616 cristalli di BGO (orto-germanato di bismuto). Il calorimetro è in costruzione e sarà operativo a partire dal mese di Giugno 2018 ai LNF. Per ottimizzare le misure di fisica del “settore oscuro” il calorimetro deve funzionare in maniera uniforme sia nello spazio che nel tempo.
Scopo della tesi è lo studio della calibrazione del calorimetro utilizzando raggi cosmici e canali di fisica come e+e → γγ.
Alla ricerca del fotone proto-fobico PADME Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Enrico Nardi
Giovanni Organtini
Paola Gianotti
È stato recentemente osservato, dal laboratorio MTA ATOMKI di Debrecen (Ungheria), un eccesso di eventi e+e di massa 16.7 MeV che sarebbe compatibile con l’esistenza di una nuova forza oscura e del suo mediatore bosone X che decadrebbe in coppie. La miglior verifica dell’ipotesi particellare proposta per spiegare l’anomalia, sarebbe l’osservazione del processo inverso e+e → γγ. L’esperimento PADME ha a disposizione un fascio di positroni di energia adatta a produrre in maniera risonante il bosone X potendo così verificarne l’esistenza con grande sensibilità.
Il lavoro di tesi consisterà in uno studio fenomenologico della sensitività dell’esperimento PADME a tale nuova particella.
Ricerca di violazione della carica e del sapore leptonico con l’esperimento Mu2e PMu2e Fisica delle particelle elementari, Simulazioni MC Stefano Miscetti
Raffaella Donghia
L’esperimento Mu2e è attualmente in fase di costruzione al Fermilab di Chicago.
A partire dal 2021, questo esperimento cercherà il processo di conversione diretta di un muone in elettrone nel campo di un nucleo.
Tale processo viola la conservazione del sapore leptonico nei processi carichi. Al termine di 3 anni di presa dati, Mu2e migliorerà di 4 ordini di grandezza l’attuale limite sperimentale. Con lo stesso esperimento, si vuole studiare il processo ΔL = 2 per la conversione nel campo di un nucleo di un muone negativo in un positrone (mu- e+). Questo canale di ricerca, è stato studiato ed investigato sperimentalmente molto di meno della conversione diretta ed è molto importante sia per lo studio di violazione del sapore leptonico sia del numero leptonico. Il lavoro di tesi consiste nello studio della fattibilità di tale ricerca all’interno dell’esperimento Mu2e tramite simulazioni di MonteCarlo.
Calibrazione e monitoraggio del calorimetro a cristalli dell’esperimento Mu2e PMu2e Fisica delle particelle elementari, Strumentale Stefano Miscetti
Raffaella Donghia
Il calorimetro elettromagnetico dell’esperimento Mu2e è composto di 1348 cristalli di Ioduro di Cesio puro divisi in due dischi identici.
La luce di scintillazione emessa da ciascun cristallo è letta da due Fotomoltiplicatori al Silicio (SiPM) di grande area con efficienza
di rivelazione estesa nella regione UV. L’accettanza del calorimetro è ottimizzata per rivelare elettroni provenienti dalla conversione diretta di un muone nel campo di un nucleo (~ 105 MeV) con risoluzione in energia (temporale) dell’ordine del 5% (minore di 500 ps). Per monitorare la stabilità della risposta e la risoluzione energetica e temporale dei SiPM, verrà utilizzato un laser pulsato emettente luce a ~550 nm (verde) in quanto a questa lunghezza d’onda la risposta del cristallo rimane invariata anche se danneggiato da radiazione. Dunque un cambio nella risposta dei SiPM al sistema laser evidenzierà variazioni del guadagno o del punto di lavoro dei SiPM stessi.
Il lavoro di tesi consisterà nel completamento del sistema di distribuzione di luce e del relativo sistema di monitoraggio.
Ricerca di neutrini pesanti e mediatori di materia oscura con il progetto SHiP al CERN SHIP Fisica delle Particelle Elementari, Strumentale e Simulazione MC Giulietto Felici
Gaia Lanfranchi
Perchè il mondo è fatto di materia e non di antimateria? Che cosa è la materia oscura?
L’esperimento SHiP al CERN si propone di rispondere a queste domande fondamentali utilizzando un fascio di protoni di 400 GeV estratto dal Super-Proto_Sincrotrone del CERN di Ginevra su una targhetta di materiali pesanti. Il progetto è attualmente in fase di progettazione ed è composto da ~200 persone provenienti da 52 Istituti di 17 nazioni.
L’argomento di tesi consiste in sviluppo di simulazioni Monte Carlo per la ricerca di neutrini pesanti e mediatori di materia oscura con decadimenti in muoni e nello sviluppo di hardware di rivelatori ad alta risoluzione temporale basati su accoppiamento diretto
SiPM-Scintillatore ed elettronica di readout veloce che verranno caratterizzati su fasci di test a Ginevra. I risultati ottenuti verranno inseriti nel “Comprehensive Design Study” del progetto che sarà ultimato entro la fine del 2019.
Costruzione del nuovo rivelatore di vertice ITS ALICE Fisica nucleare,
Strumentale
Federico Ronchetti Nel 2012 la collaborazione ALICE ha deciso di potenziare l’apparato sperimentale con un nuovo rivelatore di vertice basato su pixel di silicio ultra-sottili. Questo sostituirà l’attuale Inner Tracking System (ITS) durante il Long Shutdown previsto a partire dal prossimo anno. Un’intensa fase di R&S ha avuto luogo in questi anni per arrivare a definire un detector basato su materiali molto leggeri. La sfida tecnologica prevede di manipolare sensori spessi 100 μm testarli elettricamente, allinearli con precisione micrometrica e incollarli su un supporto meccanico in fibra di carbonio. Queste operazioni devono essere necessariamente effettuate utilizzando una Macchina di Misura a Controllo Numerico posta all’interno di una camera pulita.
I LNF sono uno dei 4 siti di produzione degli elementi esterni e produrranno circa 108 dei moduli totali (staves).
Il lavoro di tesi consisterà nella partecipazione alle operazioni di assemblaggio test e qualificazione dei moduli, con possibilità di acquisire competenza di Data Acquisition, Data Analysis, elettronica avanzata. Si lavorerà in un ambiente internazionale con periodi di permanenza al CERN di Ginevra.
Produzione di π, K, p in collisions a 8.16 TeV ALICE Fisica Nucleare, Analisi dati Valeria Muccifora Nel 2016 l’esperimento ALICE ha raccolto dati di collisioni p-Pb ad un energia nel centro di massa di 8.16 TeV. Questi dati, se confrontati con quelli acquisiti precedentemente relativi alle collisioni p-p o Pb-Pb, rappresentano un’opportunità unica per testare effetti dovuti al diverso stato iniziale. Infatti, per caratterizzare e studiare lo stato di Quark-Gluon-Plasma che si forma nelle collisioni fra ioni ultra-relativistici, parametri importanti sono le molteplicità delle specie di adroni prodotte. Studiando queste quantità è già stato possibile capire che il QGP si comporta come un fluido quasi ideale, ma per determinarne appieno tutte le caratteristiche serve un’analisi sistematica fatta a diverse energie. Quest’analisi si inserisce nel filone del gruppo di lavoro dei “Light Flavour” e rappresenta un contributo di grande valore scientifico.
La selezione delle tracce, l’identificazione del tipo di particella, la determinazione delle efficienze di ricostruzione e trigger richiedono studi accurati e iterativi. Il lavoro di tesi consisterà nel contribuire a questo delicato processo con l’opportunità di lavorare in un ambiente altamente internazionale che richiederà anche periodi di permanenza al CERN di Ginevra.
Il RICH dell’esperimento CLAS12 JLab12 Fisica Nucleare, Analisi dati e Simulazioni Marco Mirazita
Vincenzo Lucherini
Lo studio della struttura del nucleone è uno dei principali temi di ricerca del programma di fisica del Thomas Jefferson National Accelerator Facility di Newport News (USA).
A gennaio 2018 il primo di due moduli di rivelatore di tipo Ring Imaging CHerenkov (RICH) è stato installato in CLAS12.
Il RICH permetterà di identificare particelle contenenti il quark strano s, i kaoni, in regioni energetiche altrimenti inaccessibili per CLAS12.
Questo permetterà di estendere il campo di ricerca nella struttura del nucleone e sul ruolo dei quarks e dei gluoni.Il lavoro di tesi proposto coprirà uno, o entrambi, dei seguenti argomenti:
1) monitoraggio del funzionamento del RICH
2) studio delle prestazioni del RICH
Per quanto riguarda il primo argomento, lo studente si occuperà di acquisire i dati sperimentali, sviluppare gli algoritmi di analisi dei dati raccolti, verificare la stabilità della risposta del rivelatore nel tempo ed estrarre i parametri di configurazione da utilizzare durante la raccolta dei dati di fisica.
Per quanto riguarda il secondo argomento, lo studente si occuperà di generare i dati simulati utilizzando il codice di simulazione del RICH basato su GEANT e studiare le prestazioni dell’algoritmo di identificazione delle particelle. Gli stessi studi verrano poi applicati ai dati reali.
Dagli atomi esotici alle stelle di neutroni: SIDDHARTA-2 a DAFNE – la prima misura al mondo del deuterio kaonico SIDDHARTA Fisica Nucleare, Analisi dati Catalina Curceanu Il tesista parteciperà all’esperimento SIDDHARTA-2 che ha l’obiettivo di effettuare la prima misura al mondo di transizioni del deuterio kaonico sul livello fondamentale, 1s. Questa misura è molto importante per capire l’interazione forte (QCD) a bassa energia e ha un forte impatto sia nela fisica particellare e nucleare, che in astrofisica (equazione di stato delle stelle di neutroni). SIDDHARTA-2 sarà in misura sull’acceleratore DAFNE nel 2019 e il tesista avrà l’opportunità di partecipare a tutte le fasi di un esperimento di avanguardia: dalla presa e analisi dati, all’utilizzo di rivelatori innvoativi e interpretazione dei ridultati, nell’ambito di una collaborazione, SIDDHARTA-2, alla quale partecipano ricercatori italiani, austriaci, romeni, giapponesi, tedeschi, croati e polacchi. Non solo scienza ma anche scambi culturali che arricchiscono.
Caccia agli atomi impossibili: test sperimentali di meccanica quantistica nei laboratori sotterranei del Gran Sasso VIP Fisica Nucleare, Test sperimentali Catalina Curcean
Kristian Piscicchia
La meccanica quantistica è uno dei pilastri della fisica moderna, ma questo non impedisce agli scienziati di effettuare verifiche sulla validità dei suoi principi primi. Il tesista parteciperà all’esperimento VIP2, realizzato da una collaborazione internazionale, che da la caccia agli “atomi impossibile”, cioè atomi per i quali il principio di esclusione di Pauli (PEP) non è più valido. L’esperimento è in presa dati ai laboratori sotterranei del Gran Sasso, e utilizza rivelatori di radiazione quali Silicon Drift Detectors spettroscopici, nonchè un sistema di veto per verificare la possibile presenza di transizioni atomiche proibite dal PEP in un bersaglio di rame. Il tesista effettuerà lavori sull’apparato VIP, parteciperà all’analisi dati con metodi statistici avanzati, e all’interpretazione dei risultati nell’ambito di modelli e teorie oltre l’attuale meccanica quantistica e il Modello Standard.
Test sperimentali per le future tecnologie quantistiche nello spazio. Dal gatto di Schroedinger ai modelli di collasso VIP Meccanica Quantistica, Test sperimentali Catalina Curcean
Kristian Piscicchia
Il tesista parteciperà a studi sperimentali di modelli di collasso della funzione d’onda che sono stati proposti per risolvere il cosiddetto problema della misura (rappresentato dal famoso paradosso del gatto di Schroedinger). I test sperimentali verranno effettuati attravero misure della radiazione spontanea ai laboratory sotterranei del Gran Sasso e misure di optomeccanica nell’ambito del progetto europeo TEQ (TEsting the large scale limit of Quantum mechanics). Questi studi hanno una rilevanza molto importante per le future tecnologie quantistiche che si basano sulla validità universale della sovrapposizione di stati.
Caratterizzazione del sistema di readout ottico di MGPD per la ricerca di materia oscura direzionale CYGNUS Strumentale Giovanni Mazzitelli La lettura ottica di MGPD (Micro Gas Pattern Detector) è nota da tempo, ma solo recentemente, attraverso lo sviluppo dei sensori CMOS, la tecnologia è arrivata ad avere costi, risoluzione e sensibilità adeguati a essere utilizzati in applicazioni interessanti per fisica delle particelle elementari.
In particolare il gruppo CYGNUS sta sviluppando una TPC (Time Projection Chamber) di grande volume basata su questo sistema di lettura per l’identificazione di Dark Matter direzionale.
Il progetto prevede la realizzazione di un rivelatore finale presso i Laboratori Nazionali di Frascati in collaborazione con ROMA1 e il GSSI che possa essere installato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Sono quindi disponibili delle tesi per:
– sviluppo e caratterizzazione del rivelatore
– ottimizzazione delle miscele gassose e della resa di luce
– sviluppo degli algoritmi per l’analisi delle immagini
Test di relatività generale e nuova fisica con il tracciamento laser di satelliti e Luna MOONLIGHT-2 Strumentale Simone Dell’Agnello Test e caratterizzazione in ambiente spaziale rappresentativo di sistemi di retroriflettori laser per missioni su Marte, Phobos e Deimos; analisi dati associata ai test di laboratorio, qualifiche e missioni spaziali. Il lavoro di tesi si svolgerà presso il gruppo di ricerca dello SCF_Lab di INFN-LNF in collaborazione con il Centro di Geodesia Spaziale dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) situato a Matera.
Test di relatività generale e nuova fisica con il tracciamento laser del sistema di Marte MOONLIGHT-2 Strumentale Simone Dell’Agnello Test e caratterizzazione in ambiente spaziale rappresentativo di sistemi di retroriflettori laser per missioni su Marte, Phobos e Deimos; analisi dati associata ai test di laboratorio, qualifiche e missioni spaziali. Il lavoro di tesi si svolgerà presso il gruppo di ricerca dello SCF_Lab di INFN-LNF in collaborazione con il Centro di Geodesia Spaziale dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) situato a Matera.
Ricerche di Dark Matter leggera: assioni COLD Strumentale Claudio Gatti L’attività del laboratorio COLD è orientata principalmente alla ricerca di Dark Matter leggera come gli Assioni. Essa comprende:

– caratterizzazione e monitoraggio di sistemi criogenici per temperature basse e ultra-basse;

– caratterizzazione di cavità risonanti superconduttive, ibride o fotoniche in campi magnetici a temperature criogeniche;

– caratterizzazione di materiali superconduttori mediante misure di suscettività magnetica;

– caratterizzazione e test di dispositivi superconduttivi per la rivelazione di deboli segnali elettromagnetici.

Misure di spettri neutronici indotti dai raggi cosmici a livello del suolo usando un nuovo spettrometro direzionale LEMRAP Radioprotezione, Analisi dati Roberto Bedogni CYSP-Hs è un nuovo tipo di spettrometro direzionale per neutroni dalle energie termiche al GeV, sviluppato nell’ambito del progetto INFN NEURAPID. Un’applicazione rilevante è la misurazione del fondo neutronico indotto dai raggi cosmici nei siti di alta quota, come le montagne sopra i 2000 m. Rispetto ai tradizionali monitor a neutroni (www.nmdb.eu), il principale vantaggio del CYSP-H è la risposta simultanea su tutte le energie. Grazie alla risposta fortemente direzionale, il dispositivo offre un’opportunità unica di determinare la componente verticale del campo, ignorando l’albedo terrestre. CYSP-Hs opera attualmente nella stazione di Schneefernerhaus (2650 m nelle Alpi bavaresi).
Il candidato contribuirà all’operazione dello spettrometro e all’elaborazione dei dati (analisi delle serie temporali, filtraggio dei dati, deconvoluzione spettrale).
Sviluppo di sensori di neutroni resistenti ad alte dosi LEMRAP Radioprotezione, Strumentale Roberto Bedogni Il progetto e_LIBANS dell’INFN ha sviluppato un’intensa sorgente di neutroni basata su un LINAC ad elettroni per irraggiamenti nei campi industriale, medico, scienza dei materiali ed aerospazio. Per il monitoraggio del fascio neutronico e la spettrometria, E_LIBANS sta sviluppando sensori per neutroni ad elevata resistenza alle radiazioni ed insensibili ai gamma.
Il candidato prenderà parte alla caratterizzazione e all’applicazione di nuovi sensori per neutroni basati su carburo di silicio.
Caratterizzazione di campi di neutroni epitermici (progetto INFN E_LIBANS) LEMRAP Radioprotezione, Strumentale Roberto Bedogni I sensori di neutroni sono usati in varie discipline, dalla scienza dei materiali all’industria, dall’energia e alla medicina. La disponibilità di Elio-3, tradizionalmente impiegato in questi sensori, sta però subendo una crisi a livello mondiale. Tale crisi sta spingendo la comunità scientifica a sviluppare sensori basati su materiali alternativi, con la conseguente necessità di idonei impianti di irraggiamento neutronico. Per quanto riguarda il campo epitermico (da eV a decine di keV) sono disponibili poche strutture di test in tutto il mondo, quasi tutte monoenergetiche. Al contrario, per applicazioni come l’industria nucleare sono necessari campi continui. Un campo epitermico con forma 1/E è attualmente in fase di sviluppo a Torino nell’ambito del progetto INFN E_LIBANS. Il candidato prenderà parte alla caratterizzazione sperimentale di questo campo di neutroni, utilizzando nuove tecniche di misura.
Studi di desorbimento con radiazione di sincrotrone su materiali per High Luminosity – LHC al CERN “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in fisica degli acceleratori Roberto Cimino
Marco Angelucci
Questa tesi, sviluppata in stretta collaborazione con il CERN, sarà finalizzata allo studio di materiali per l’ottimizzazione del prossimo upgrade di LHC. Il progetto “High Luminosity” – LHC (HL-LHC) necessita dell’installazione di una nuova camera da vuoto dove è presente un “Beam Screen” (BS) con una schermatura al tungsteno. Per una comprensione completa delle proprietà del BS è necessario uno studio approfondito delle proprietà di superficie, in particolar modo quelle riguardanti la struttura di rame colaminato con diversi tipi di trattamenti superficiali volti a mitigare gli effetti di “electron cloud” (generazione di nuvole elettroniche) all’interno della macchina.
Le modifiche superficiali possono essere di diverso tipo, come ad esempio la deposizione di un sottile strato di carbonio amorfo (a-C) o la modifica attraverso trattamento laser. Questi studi sono alla base della ricerca per lo sviluppo degli acceleratori di nuova generazione e di particolare interesse anche per il nuovo progetto FCC (Future Circolar Collider).
Inoltre, studi recenti hanno evidenziato come il carico termico trasferito dall’ “electron cloud” alle pareti criogeniche di LHC sia un argomento fondamentale anche nel caso di HL-LHC, dove la Radiazione di Sincrotrone (SR) prodotta sarà il doppio rispetto a quella attuale. Pertanto è essenziale una migliore comprensione del ruolo della SR nel processo di generazione del “electron cloud”.
La Radiazione di Sincrotrone prodotta in HL-LHC sarà in un range energetico tra 5 e 500 eV ed avrà un’energia critica di 45 eV. Gli stessi parametri possono essere ritrovati nella Radiazione di Sincrotrone prodotta da DAFNE, il che permette di studiare in dettaglio tutti gli effetti attesi nelle condizioni più vicine al funzionamento della macchina reale.
Studi di stabilità di vuoto a temperature criogeniche su materiali da impiegare nel nuovo progetto FCC-hh al CERN “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in fisica degli acceleratori Roberto Cimino
Luisa Spallino
Questo lavoro di tesi sarà svolto in stretta collaborazione con il CERN, nell’ambito del progetto EuroCirCol EU, e sarà finalizzato allo studio di potenziali soluzioni per le camere da vuoto di FCC-hh, il nuovo acceleratore ad alta energia e intensità proposto per essere costruito al CERN. Uno dei problemi da studiare è la stabilità del vuoto a temperatura criogenica. Questo è un elemento chiave per la progettazione del “proton-proton Future Circolar Collider” (FCC-hh). Per schermare termicamente tutti i magneti superconduttori, un nuovo scremo interno (“beam screen”, BS) è una soluzione obbligatoria. Il design, la temperatura operativa e la struttura devono soddisfare una serie di requisiti tecnici diversi. Altri gruppi, nell’ambito della collaborazione europea di EuroCirCol, stanno producendo studi di progettazione e prototipi da convalidare come BS di base. Tra questi, la stabilità del vuoto a temperatura criogenica è uno dei requisiti fondamentali ed è oggetto di studio in questa attività di ricerca.
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di convalidare su piccoli campioni di prova, la temperatura proposta e le varie superfici di materiale prodotte dalla collaborazione. Le misure saranno effettuate utilizzando due sistemi UHV dedicati per studiare l’adsorbimento / desorbimento di gas da tali campioni.
Inoltre misure di Secondary Electron Yield (SEY) verranno associate alla Temperature Programmed Desorption (TPD) e alla spettrometria di massa per qualificare i materiali del BS e le loro proprietà di adsorbimento / desorbimento a temperature criogeniche.
Cosa è successo ai ghiacci interstellari e come possiamo investigarlo “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L Astrochimica Roberto Cimino Si prevede che le nubi molecolari protostellari dense, dalle quali si formano le stelle e i sistemi planetari, abbiano una temperatura molto bassa. Le temperature criogeniche presenti in questi sistemi inducono la formazione di ghiacci densi di molecole semplici come H2, H2O, CO, CO2, NH3. Tali ghiacci vengono generalmente esposti a tutti i tipi di radiazioni (fotoni, raggi cosmici ed elettroni) presenti nell’universo. L’evoluzione di questi sistemi, dovuta all’interazione con le diverse fonti di radiazione, è uno degli argomenti più caldi nella ricerca di specie potenzialmente prebiotiche e della formazione di materia organica complessa eventualmente incorporata nei planetesimi all’origine del sistema solare. In molti campi di ricerca, spaziando da R&D per acceleratori, ricerca per l’aerospazio etc., i ricercatori stanno studiando l’effetto dell’irraggiamento sui gas fisisorbiti condensati su superfici a bassa temperatura. In questo lavoro di tesi verranno analizzati alcuni processi energetici e termici indotti da elettroni su ghiacci. I risultati saranno analizzati in vista del loro possibile contributo a una migliore comprensione di ciò che potrebbe essere successo nell’universo primordiale durante l’irraggiamento di nubi molecolari protostellari.
Studio dell’emissione di elettroni secondari da superfici per applicazioni aerospaziali “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in ingegneria aereospaziale Roberto Cimino Questo lavoro di tesi utilizzerà le strutture di laboratorio per studiare il caricamento elettrostatico nei veicoli spaziali. Questo infatti è una delle principali cause di anomalie e guasti di una missione spaziale, a causa dell’ambiente che avvolge il veicolo spaziale. Infatti, le superfici in orbita che vengono bombardate da elettroni, fotoni e protoni, poiché non possiedono una messa a terra elettrica nello spazio, possono essere soggette a caricamento. Questo fenomeno, chiamato “Carica di veicoli spaziali” può causare scariche pericolose tra materiali a diverso potenziale elettrico. Un fattore importante nel caricamento elettrostatico di veicoli spaziali è la proprietà di produrre elettroni secondari (SEY) dalle diverse superfici esposte alla radiazione primaria tipica dell’ambiente spaziale. La tesi si propone di studiare, attraverso il SEY, diversi materiali e rivestimenti e ottimizzarli per mitigare questo effetto.
Ricerca di rivestimenti passivanti per camere da vuoto in condizione estreme “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in scienze del vuoto Roberto Cimino
Rosanna Larciprete
Questo lavoro di tesi utilizzerà la strumentazione del laboratorio per studiare la preparazione e la modifica di superfici per una camera da vuoto con proprietà di desorbimento minime, specialmente sotto irraggiamento da fotoni o elettroni. Il laboratorio è dotato di tutte le tecnologie e le attrezzature per studiare il desorbimento termico, indotto da elettroni e fotoni e degli strumenti per produrre superfici e rivestimenti appositamente progettati.
Modifiche della morfologia superficiale, film sottili di carbonio, fino a rivestimenti di tipo grafene e i rivestimenti NEG saranno studiati per definire, almeno in via di principio, il modo di produrre superfici inerti per applicazioni in camere da ultra alto vuoto.
Ricerca sulla dipendenza dallo spessore del SEY in superfici rivestiti da film sottili “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in scienze del vuoto Roberto Cimino
Rosanna Larciprete
La produzione di elettroni secondari, cioè il numero di elettroni prodotti per elettrone incidente di una determinata energia (SEY), è un problema ubiquitario in molti campi di ricerca, che spazia dalla fisica degli acceleratori allo sviluppo di veicoli spaziali. Materiali diversi possono avere valori diversi di SEY, il ché determina le loro potenzialità di utilizzo in diverse applicazioni. È inoltre noto che la produzione di elettroni secondari viene influenzata dalla presenza di strati atomici e molecolari sulla superficie. La problematica che si pone riguarda la possibilità di modificare il SEY di un sistema ricoprendo la superfice del materiale con un film appropriato di spessore minimo.
La tesi si propone di affrontare questo problema utilizzando tutte le spettroscopie di superficie disponibili in laboratorio, e depositando film sottili di carbonio noti per avere un SEY basso) su diversi substrati di metallo (con SEY molto più alto) per identificare la copertura ottimale per il sistema.
Immagazzinamento di idrogeno in grafene. “Surface and Material Science Laboratory” e DAFNE-L R&D in scienze del vuoto Roberto Cimino
Rosanna Larciprete
Il controllo dell’adsorbimento di idrogeno sul grafene e la stabilità termodinamica del grafene idrogenato sono temi fondamentali alla luce delle nuove potenzialità e degli sviluppi futuri nel campo dell’immagazzinamento di idrogeno. Particolarmente rilevante è l’idrogenazione del grafene supportato, data l’importanza di determinare la stabilità termica dell’idrogeno chemisorbito e la reale capacità di immagazzinamento in presenza di un substrato con cui il grafene interagisce più o meno fortemente. Inoltre l’idrogenazione di grafene opportunamente cresciuto in modo da formare strutture tridimensionali su scala nanometrica offre la prospettiva di poter raggiungere densità gravimetriche paragonabili a quella del grafano (CH), il materiale che in base alle previsioni teoriche è costituito da grafene completamente idrogenato.
Il lavoro di tesi avrà come obiettivo l’indagine dell’interazione di atomi di idrogeno con grafene epitassiale su vari substrati metallici e con grafene nanostrutturato, utilizzando spettroscopia di fotoemissione (XPS) (con sorgenti convenzionali e con luce di sincrotrone), spettroscopia Raman e desorbimento termico (TPD).
Nanotecnologie: deposizione di vapore chimico NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci Nanomateriali a base di carbonio, ad esempio nanotubi di carbonio e grafene saranno sintetizzati e caratterizzati da deposizione di vapore chimico per ottenere proprietà sintonizzabili per l’elettronica o applicazione biomedica.
Nanotecnologie: nanocompositi NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci I nanocompositi basati su nanostruttura di carbonio saranno preparati e caratterizzati per il test delle interferenze elettromagnetiche schermatura, anticorrosione, elettrica e/o elettronica proprietà.
Spettroscopia a banda larga impedenza, invecchiamento artificiale, test elettrico sarà effettuata per valutare le proprietà dei nanocompositi.
Nanotecnologie: spectroscopia vibrazionale NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci La caratterizzazione vibrazionale sarà effettuata con tecniche complementari: spettroscopia a infrarossi e Raman.
La spettroscopia Raman sarà utilizzata per studiare diverse caratteristiche dei nanomateriali (come la funzionalizzazione e la modifica) o la localizzazione di nanomateriali o sistemi viventi (microscopia Raman).
Nanotecnologie: antenne e attenuatori tunabili in Grafene NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci Produzione bottom-up di un circuito simile a microstrip, in cui le nanopiastrine grafene a pochi strati sono utilizzate per contattare due linee di microstriscia.
Diverse configurazioni saranno sviluppate per minimizzare il contributo di riflessione e studiare le proprietà elettriche o la tunabilità dello attenuatore a microstrip.
Nanotecnologie: filtri in grafene NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci Il foglio di nanoplacchette di grafene pressato sarà prodotto in laboratorio per valutarne le proprietà fisiche e fisico-chimiche.
Finora, le proprietà termiche sono state studiate dal metodo istantaneo in funzione della densità materiale.
Inoltre, l’affinità fisico-chimica ai composti inorganici ed organici è stata testata per realizzare una configurazione per gli scopi di bonifica ambientale.
Nanotecnologie: microscopia a scansione elettronica ed analisi degli elementi NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci La microscopia a scansione elettronica sarà effettuata per studiare la morfologia e la struttura dei nanomateriali e/o sistemi viventi.
L’analisi elementale sarà associata per identificare i materiali differenti o i residui chimici.
Nanotecnologie: cristalli fotonici NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci Saranno sviluppate strutture di cristallo fotonico (PC) costituite da una distribuzione periodica di nanoparticelle in matrice polimerica per la rilevazione altamente sensibile di agenti chimici e biologici.
I nanocompositi basati sull’ossido di terra rara/grafene saranno preparati per migliorare e/o migliorare le proprietà ottiche e plasmoniche.
Verranno studiati diversi approcci (come impregnazione, sintesi assistita da microonde, spalmatura di spin di una dispersione di ossido di terra rara/grafene in un polimero).
Nanotecnologie: sistemi per il rilascio controllato di farmaci NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci I vettori a base di nanocarbonio saranno studiati per realizzare sistemi di somministrazione di farmaci.
La stabilizzazione del nanocarbonio in acqua o solventi diversi sarà ottimizzata.
Saranno studiate le cinetiche di assorbimento e rilascio isotermici in funzione degli stimoli termici, ionici e di pH per valutare il carico e il tasso di rilascio.
Nanotecnologie: caratterizzazione elettrochimica NEXT Fisica dei Materiali Stefano Bellucci Gli elettrodi a stampa serigrafica saranno modificati per ottenere sensori elettrochimica sensibili e selettivi.
Diversi materiali (ad es. nanocompositi, nanomateriali incontaminati o funzionali, monolayer autoassemblanti) saranno utilizzati per modificare l’elettrodo di lavoro.
La spettroscopia di impedenza elettrochimica e la voltammetria ciclica saranno eseguite per caratterizzare gli elettrodi.
Minimizzazione della dispersione orizzontale nelle linee di trasporto del complesso di acceleratori DAFNE DAFNE Simulazioni di MC Catia Milardi Il lavoro di tesi prevede che il candidato acquisisca le competenze necessarie per utilizzare i codici dedicati alla simulazione dell’ottica degli acceleratori di particelle.
Competenze che dovranno essere poi applicate per un’attività di simulazione numerica finalizzata a minimizzare la dispersione orizzontale nei canali di trasporto di DAFNE in modo da ottimizzare l’efficienza di iniezione negli anelli principali e diminuire il rumore sull’apparato sperimentale.
Ottimizzazione dell’ottica non-lineare di DAFNE nella configurazione dedicata alla presa dati per l’esperimento SIDDHARTA-2 DAFNE Simulazioni di MC Catia Milardi Il lavoro di tesi prevede che il candidato acquisisca le competenze necessarie per utilizzare i codici dedicati alla simulazione dell’ottica degli acceleratori di particelle.
Competenze che dovranno essere applicate per minimizzare i contributi non-lineari nell’ottica dei due anelli di collisione in modo da minimizzare la loro interferenza con linterazione fascio-fascio e massimizzare la vita media dei fasci di elettroni e positroni accumulati. Si propone un’attiva partecipazione all’attività sperimentale in sala controllo.
Procedure di allineamento con il fascio della nuova sezione di focheggiamento per l’esperimento SIDDHARTA-2 a DAFNE DAFNE Strumentale e analisi dati Catia Milardi Il complesso di acceleratori DAFNE sta per iniziare un nuovo periodo di operazione dedicato all’esperimento SIDDHARTA-2.
La nuova sezione di collisione è basata ancora una volta sull’innovativo schema di collisione ‘Crab-Waist’ sviluppato ed implementato per la prima volta proprio a Frascati.
Nuovi quadrupoli e nuove camere da vuoto sono stati progettati e realizzati per focheggiare ancora più efficacemente i fasci nel punto di collisione e per ridurre il rumore sull’apparato sperimentale. Queste nuove componenti saranno allineate con grande precisione in fase di assemblaggio meccanico e, successivamente durante la messa in funzione del collisore, il loro posizionamento sarà controllato ed ottimizzato mediante misure fatte con i fasci accumulati. Questo lavoro di tesi richiede interesse per l’attività sperimentale in sala controllo e per l’analisi dati.
Acceleratori di muoni a bassa emittanza IPAC16 Strumentale Mario Antonelli
Manuela Boscolo
Possibili argomenti che possono essere sviluppati come una tesi sono:

1) Studio di un anello di positroni a bassa emittanza e alta apertura in momento

Lo sviluppo di un anello di positroni a bassa emittanza è cruciale per la costruzione di una sorgente di muoni ad alta intensità che sfrutti il processo e+e- –> mu+mu-.
In questo lavoro di tesi si propone l’ottimizzazione dei parametri generali dell’anello di positroni, lo studio della dinamica del fascio e dell’apertura in momento. Inoltre si parteciperà alle misure che verranno effettuate a DAFNE.

2) Studio di un anello di muoni per una sorgente a bassa emittanza

L’anello di accumulazione di muoni a bassa emittanza, prodotti dal processo e+e- –> mu+ mu-
necessita di caratteristiche innovative in termini di apertura in momento.
In questo lavoro di tesi si lavorerà alla progettazione di un anello di muoni che abbia le caratterische necessarie per un futuro muon-collider.

3) Test del muon collider a DAFNE

In questo lavoro di tesi si propone di partecipare alla progettazione dei tests dello schema di muon-collider a bassa emittanza che verranno effettuati presso DAFNE.
Si parteciperà al disegno dell’ottica della macchina, alle misure sull’acceleratore, e allo studio della diagnostica necessaria per le misure.