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Alessandro Gabrielli

Professore associato

Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi"

Settore scientifico disciplinare: FIS/01 FISICA SPERIMENTALE

Curriculum vitae

- Laurea in Fisica Università di Bologna 29/10/1993 (110/110)
- Corso di Perfezionamento in Fisica nel 10/1994 c/o il Dipartimento di Fisica Università di Bologna
- Dottorato di Ricerca in Fisica, XII ciclo, nell’anno 21/3/2000 con una tesi dal titolo “Design and development of high speed VLSI architectures for high energy physics”
- Associato con continuità all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) dal 1993
- Associato con continuità al CERN di Ginevra dal 2000 per gli esperimenti ALICE e ATLAS
- Tecnico Laureato in area scientifica ed elaborazione dati – livello D – c/o il Dipartimento di Fisica dell’Università di Bologna
- Ricercatore c/o il Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Bologna dal 2012
- Professore Associato c/o il Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Bologna dal 2020
- membro del Collegio Docenti del Dottorato di Ricerca in Fisica dell’Università di Bologna 2018

Principali attività scientifiche
- attività di ricerca nel campo delle applicazioni elettroniche e microelettroniche per diversi esperimenti di fisica delle alte energie
- collaborazione agli esperimenti ALICE, NEMO, Km3, SLIM5, DACEL, TOPEM, LEPIX, GBT, IBL, ATLAS, TIMESPOT - INFN/CERN
- Responsabile Unico di Procedura (RUP) e consulente tecnico per gare di appalto per costruzione apparati al CERN per il Pixel Detector di ATLAS, per un totale di oltre 400 k€
- “Visiting Scientist” c/o il Rutherford Appleton Laboratory, UK, nel 2009;
- titolare di un contratto di “Visiting Professor” presso il Center for Human Space Robotics, Istituto Italiano di Tecnologia, sede del Politecnico di Torino, negli anni 2012-2013. L’attività di ricerca specifica per questa collaborazione è stata finalizzata allo studio, alla progettazione e alla realizzazione di dispositivi microelettronici integrati, rad-hard, con trasmissione dati wireless Ultra-Wide Band;
- titolare di contratti “Project Associate” c/o il CERN di Ginevra negli anni 2008-2010 (6 mesi cumulativi) per attività di progettazione di dispositivi microelettronici elettro-ottici resistenti alle radiazioni per applicazioni agli esperimenti di LHC del CERN (GBT);
- coordinatore locale per la Sezione INFN di Bologna di esperimenti INFN e workpackage di collaborazione (DACEL, LEPIX, TOPEM, IBL, TIMESPOT).

- coautore del testo di fisica per le scuole superiori, “Capire la Fisica”, CLIO EDIZIONI, prima edizione Febbraio 2003 (ISBN: 978-88-8496-015-0); Seconda edizione Febbraio 2008 (ISBN 978-88-8496-015-3)

- Negli anni 1993-2000 attività didattica volontaria e di assistenza per i corsi di “Laboratorio di progettazione elettronica” e “Sistemi di acquisizione dati on-line” della Laurea Magistrale in Fisica dell’Università di Bologna
- insegnante 2 corsi per le stesse attività di disegno microelettronico con CAD/E assistito, per il personale delle sezioni di Bologna e Ferrara dell’INFN


Attività didattiche principali
- LABORATORIO DI PROGETTAZIONE ELETTRONICA 2012-2017
Corso di laurea Magistrale in Fisica, Scuola di Scienze, Università di Bologna,
- LABORATORY OF ELETTRONIC DESIGN (corso in lingua inglese) 2017-oggi
Corso di laurea Magistrale in Fisica, Scuola di Scienze, Università di Bologna,
- FISICA GENERALE 2013-oggi
Corso di laurea Triennale in Ingegneria Gestionale, Scuola di Ingegneria e Architettura, Università di Bologna
- “Basic and Applied Electronics for High-Energy Physics Experiments”, corso in inglese effettuato per la scuola di PhD e Master Thesis in Fisica presso l’Albert Einstein Center for Fundamental Physics di Berna, nel giugno 2017,
- Didattica di Eccellenza: “Radiation hardening techniques and applications”, corso in inglese per le scuole di dottorato del Politecnico di Torino, nel gennaio 2016


- Relatore e supervisore di tesi di Laurea e di Dottorato di Ricerca in Fisica per il Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Bologna


- pubblicazioni su oltre 800 riviste con peer-review internazionale, di cui alcuni articoli monografici e di cui oltre 50 a ridotto numero di autori, 5 capitoli di libri
- oltre 50 presentazioni a conferenze internazionali, 3 note interne per esperimenti del CERN di Ginevra e 5 manuali di utilizzo di componenti microelettronici al silicio utilizzati negli esperimenti di fisica delle alte energie

Esperimenti di fisica delle alte energie con acceleratori.
Per l’esperimento ALICE DRIFT al CERN A. G. ha partecipato, dal 1998 al 2005, alla progettazione di un chip in tecnologia CMOS 250 nm (CARLOS) per compressione dati bidimensionale della catena di acquisizione dati dei rivelatori di front-end. Il dispositivo progettato, dopo aver superato un test-beam al CERN nel 2003, è attualmente montato sugli end-ladder dei barrel dell’Inner Tracking System dell’esperimento ALICE DRIFT, al CERN di Ginevra. Questo progetto è stato sviluppato in collaborazione con la Sezione INFN di Torino (chip PASCAL e AMBRA).

Esperimenti di fisica delle alte energie con acceleratori.
Una seconda e più recente attività è relativa al progetto ATLAS-Insertable B-Layer. Esso è parte del progetto di upgrade del rivelatore a pixel di ATLAS ed in particolare si riferisce ad un ulteriore layer di pixel collocato internamente agli esistenti 3 layer di pixel di ATLAS. Per questo ulteriore layer l'elettronica di front-end è stata modificata ed è dotata di un nuovo ASIC di lettura. Questa catena di acquisizione dati è stata progettata all’interno della collaborazione ATLAS (ATLAS-IBL).
- coordinatore per la sezione di Bologna dell’INFN dall’anno 2012 per questa specifica attività di sviluppo ed in particolare per la realizzazione della scheda ROD (ReadOut Driver) del sistema di acquisizione dati. Tale elettronica fa parte dell’upgrade di fase 0 di tutto il Pixel Detector di ATLAS c/o il CERN di Ginevra. Per l’esperimento ATLAS IBL A. G. è stato Responsabile Unico di Procedura (RUP) e consulente tecnico per diverse gare di assegnazione del contratto per la produzione di schede complete e montate, per un totale di oltre 400 k€ (fondi MOF-B del CERN).

Esperimenti per la rivelazione di neutrini. L’esperimento NEMO dell’INFN si è posto come obiettivo la rivelazione di neutrini galattici ed extragalattici di altissima energia mediante un rivelatore sottomarino, delle dimensioni di un chilometro cubo, che sfrutta l’effetto Cherenkov indotto da muoni secondari a neutrini muonici.

Esperimenti per la rivelazione di particelle cariche per sistemi di trigger veloci. Dal 1994 al 1998 A. G. ha partecipato all’esperimento FUZZY dell’INFN che si è proposto lo studio e la realizzazione di architetture integrate in logica fuzzy per possibili applicazioni ai trigger di esperimenti di fisica delle alte energie. Successivamente, dal 2005 ad oggi gli esperimenti SLIM5 e VIPIX dell’INFN hanno portato alla progettazione di sensori monolitici comprendenti una matrice di pixel e una logica di readout sparsificato per letture delle coordinate spazio-temporali delle hit, con risoluzione rispettivamente dell’ordine di 1μs e 10μm. Queste ricerche sono state orientate allo sviluppo di futuri tracciatori veloci, anche data-driven, per applicazioni proposte in esperimenti di upgrade di LHC e B-factory (SuperB).

Esperimenti con tecnologie microelettroniche resistenti alle radiazioni. L’esperimento DACEL dell’INFN si era proposto il fine di progettare e caratterizzare strutture “deep sub-micron” in tecnologia 130 nm CMOS per future applicazioni in rivelatori ed acceleratori di particelle. Per questo esperimento DACEL
- coordinatore locale per la sezione di Bologna dell’INFN negli anni 2008-2009. In aggiunta, il progetto GBT al CERN di Ginevra fa parte del "Link Radiation Hard Optical Project" che ha permesso di sviluppare un link rad-hard bidirezionale per l’upgrade di tutti gli esperimenti di LHC. Per questo esperimento GBT A. G. è stato “Project Associate” al CERN per il progetto di componenti microelettronici. In aggiunta, l’esperimento LEPIX dell’INFN si era proposto l’obiettivo di studiare nuovi rivelatori a pixel (MAPS) che avessero allo stesso tempo i vantaggi della tecnologia monolitica e la possibilità di utilizzare sensori svuotati per raccogliere la carica elettrica per drift. Per questo esperimento LEPIX A. G. è stato coordinatore locale per la sezione di Bologna dell’INFN nell’anno 2010.

Esperimenti per il trasferimento tecnologico. L’esperimento TOPEM dell’INFN ha proposto lo studio di una piattaforma multimodale time-of-flight, positron emision tomography e magnetic resonance imaging per la diagnosi ed il follow up del cancro della prostata. Per questa attività i chip custom HPTDC e NINO utilizzati negli esperimenti ALICE e CMS di LHC sono stati riproposti per lo studio preliminare del tempo di volo, con risoluzione temporale inferiore ai 100ps, come parametro associato alle tradizionali misure per la PET.
- coordinatore locale per la sezione di Bologna dell’INFN nell’anno 2010 per l'esperimento TOPEM
- Call di gruppo 5 TIMESPOT. L’esperimento TIMESPOT dell’INFN (2018-2020) mira allo sviluppo e all'attuazione di un completo sistema integrato per il tracciamento ad altissima precisione spaziale (100 μm) e temporale (100 ps) per ogni canale di rilevamento. Per questo esperimento A. G. è responsabile locale per la Sezione di Bologna e responsabile di workpackage “WP5: Design and implementation of high speed readout boards” per attività di readout veloce utilizzando FPGA di ultima generazione.

Attività di Terza Missione
- 9-13 luglio 2013: Oxford Summer School "Intelligent Front-End Signal Processing for Frontier Exploitation in Research and Industry"
o TITOLO: Intelligent Front-End for pixel-based instruments: digital processing of the pixel matrix part
o Corso INFIERI per Summer School "Intelligent Front-End Signal Processing for Frontier Exploitation in Research and Industry"
- 4 febbraio 2017 Torino, Via Cesare Lombroso, 16 e 4 marzo 2017 Bologna, Hotel Best Western Tower, viale Lenin 43
o TITOLO: La Fisica delle Particelle al CERN
o Seminari per “Mensa Italia - The High I.Q. Society”
- 29 settembre 2017, Notte dei Ricercatori, Palazzo D’Accursio Bologna

Abilitazione Scientifica Nazionale da 2018 al 2024
o Settore Concorsuale
o FISICA SPERIMENTALE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI (02/A1)
o Fascia Prima (Professore Ordinario)

- Revisore VQR 2011-2014

Attività Istituzionali:
- Membro esterno per commissione di concorso CTER (Elettronica) per la Sezione INFN di Torino, Settembre 2001
- Membro commissione Assegno di Ricerca per il Dipartimento di Fisica di Bologna, Giugno 2013
- Membro commissione Borsa Neolaureati INFN per la Sezione di Bologna, Luglio 2014, Bando 16373, 2014
- Presidente Commissione Test di Ingresso On-Line CISIA (TOLC) Sede di Bologna per Ingegneria, 05 Settembre 2014
- Presidente Commissione Test di Ingresso On-Line CISIA (TOLC) Sede di Bologna per Ingegneria, 02 Settembre 2015
- Membro per commissione di concorso CTER (Informatica) per la Sezione CNAF di Bologna, Novembre 2015, bando 17413 del 2015
- Presidente della commissione tecnica incaricata della verifica della congruità della produzione delle schede denominate “ROD”, per l’upgrade del Pixel Detector di ATLAS, per un totale di 153 k€, nel novembre 2016
- Membro della commissione esaminatrice per l’ammissione al Dottorato di Ricerca in Fisica presso l’Università di Bologna, 33° ciclo, nel giugno 2017
- Membro esterno della commissione giudicatrice del Dottorato di Ricerca in Fisica ed Astrofisica presso l’Università di Torino, 33° ciclo, nel maggio 2017
- Presidente commissione Assegno di Ricerca del Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università di Bologna, Dicembre 2017,ID[34567] 2017, Titolo dell'assegno: “Digital electronic technologies for upgrading the ATLAS high energy physics experiment at CERN (front-end ASIC and FPGA)” Per tale assegno A. G. ha procurato 6 mesi di cofinanziamento esterno per 12 k€


- coordinatore locale per la sezione INFN di Bologna dell’esperimento DACEL dell’INFN. Tale esperimento si è proposto di progettare e caratterizzare strutture “deep sub-micron” in tecnologia 130nm CMOS per applicazioni in rivelatori ed acceleratori di particelle. Questi dispositivi devono essere resistenti alle radiazioni presenti negli acceleratori e nei rivelatori in cui verranno montati. In particolare devono essere immuni sia agli effetti di dose totale che a quelli di singolo evento. Inoltre A. G. ha partecipato per gli esperimenti SLIM5 e VIPIX alla progettazione di logica di readout sparsificata ed ottimizzata in prestazioni temporali, dell’ordine di 1 μs, di sensori di pixel attivi monolitici (MAPS) per applicazioni in futuri tracciatori sottili al silicio con lunghezza di radiazione inferiore al 1% della lunghezza di radiazione del materiale

- coordinatore locale per la sezione INFN di Bologna dell’esperimento TOPEM dell’INFN. Tale esperimento si è proposto lo studio di una piattaforma multimodale TOf PEt (e SPECT) MRI per la diagnosi ed il follow up del cancro della prostata. Il gruppo di Bologna, in collaborazione con i gruppi di Bari e Genova, ha sviluppato un ASIC semi-custom in tecnologia CMOS mista analogico-digitale, riprendendo il disegno di progetti analoghi, già sviluppati in altri ambiti e disegnati per la lettura di fotosensori SiPM. A tal proposito si sono messe a disposizione le esperienze maturate negli ultimi anni per la progettazione dei prototipi di readout per matrici di pixel per SLIM5, VIPIX e SuperB. In particolare si sono presi in considerazione alcuni ASIC disegnati per misure di TOF in LHC. Per tali ASIC si sono valutate le potenzialità e si è cercato di prendere spunti di disegno per il progetto dell’ASIC specifico di questo esperimento. Il gruppo di Bologna ha inoltre fornito alla collaborazione i chip custom HPTDC e NINO utilizzati in ALICE per lo studio preliminare del tempo di volo come parametro associato alle tradizionali misure per la PET.

- coordinatore locale per la sezione INFN di Bologna dell’esperimento LEPIX di dell’INFN. Tale esperimento si è proposto lo sviluppo di rivelatori a pixel monolitici veloci e rad-hard implementati in processi CMOS standard da 90 nm prodotti su wafer a moderata resistività. Il gruppo di Bologna è stato coinvolto per il 2010, in collaborazione con Bari, nella progettazione degli elementi digitali del dimostratore ed ha partecipato attivamente ai test dei prototipi realizzati, installando in sede l'opportuna catena di acquisizione. Il gruppo ha una solida esperienza nello sviluppo di firmware per FPGA, che rimane a disposizione della collaborazione sia per la realizzazione di prototipi su FPGA della logica di controllo dei dimostratori sia per eventuali modifiche ai sistemi di test.

- coordinatore locale per la sezione INFN di Bologna dell’attività di upgrade della scheda ROD (ReadOut Driver) del sistema di acquisizione dati per gli esperimenti PIXEL e SCT di ATLAS presso il CERN di Ginevra. Il candidato ha avuto la responsabilità individuale, in particolare all’interno della collaborazione Pixel Detector di ATLAS, per la produzione ed il commissioning Hardware/Firmware delle nuove schede di readout (ROD) installate nel sistema di lettura del rivelatore.
In totale sono state prodotte 150 schede ReadOut Driver (ROD), già installate nei layer IBL, 1, 2 ed in corso di installazione nei layer 0 e dischi di end-cap, per garantire una più alta velocità di lettura dei pixel di ATLAS con trigger oltre 100 KHz e luminosità di picco superiore a 1 * 1034 cm-2 s-1. Il nuovo readout del Pixel Detector ha così contribuito (e continuerà a farlo) alla acquisizione della statistica necessaria alle analisi dei dati. In particolare per il layer IBL (14 schede), per il Layer 2 (26 schede) ed il Layer 1 (38 schede), il sistema è già in funzione. Per il B Layer (22 schede) e per i dischi (12 schede) il commissioning è in corso d’opera e verrà terminato nel febbraio 2018.

- Coordinatore locale di Call di gruppo 5 TIMESPOT. L’esperimento TIMESPOT dell’INFN (2018-2020) mira allo sviluppo e all'attuazione di un completo sistema integrato per il tracciamento ad altissima precisione spaziale (100 μm) e temporale (100 ps) per ogni canale di rilevamento. Per questo esperimento A. G. è responsabile locale per la Sezione di Bologna e responsabile di workpackage “WP5: Design and implementation of high speed readout boards” per attività di readout veloce utilizzando FPGA di ultima generazione


Gennaio 2021