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Luisa Cifarelli

Professoressa ordinaria

Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi"

Settore scientifico disciplinare: FIS/01 FISICA SPERIMENTALE

Temi di ricerca

Parole chiave: Fisica sperimentale nucleare e subnucleare Cromo Dinamica Quantistica Quark Gluon Plasma Fisica astroparticellare sperimentale Sciami cosmici estesi Materia oscura

L'attività scientifica di Luisa Cifarelli, svolta nell'ambito del gruppo di ricerca di appartenenza, rientra nei settori della fisica sperimentale subnucleare, nucleare e delle interazioni fondamentali. I temi specifici delle ricerche effettuate nell'ultimo triennio riguardano principalmente tre esperimenti.

1) Esperimento ALICE a LHC (CERN), studio delle interazioni tra nuclei pesanti (Pb-Pb) ultrarelativistici, nelle quali i costituenti elementari dei nucleoni in condizioni di altissima densità di energia e temperatura dovrebbero formare un particolare stato della materia: il cosiddetto Quark-Gluon Plasma.
I costituenti del nucleone, in condizioni di altissima densità di energia e temperatura, formano un sistema a molti corpi dominato dalle forze di colore, dando origine al Quark-Gluon Plasma (QGP). L'esperimento ALICE, condotto da una collaborazione internazionale di circa 1000 ricercatori, è collocato nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN che è entrato in funzione nel 2009. Il gruppo di Bologna (Università/INFN) ha la completa responsabilità del rivelatore TOF per la misura dei tempi di volo delle particelle cariche prodotte nella zona centrale di pseudorapidità e quindi per la identificazione di pioni, kaoni e protoni con impulsi da circa 0.5 a 2.5 GeV/c (4 GeV/c per la separazione K/p). Il TOF è costituito da 18 Super Moduli (lunghi 9.3 m e pesanti 1.4 tonnellate) contenenti i rivelatori attivi, detti Multigap Resistive Plate Chambers (MRPCs), sviluppati dal gruppo di Bologna, e tutta l'elettronica associata (157248 canali in totale). Attualmente il gruppo di Bologna si dedica a diverse linee di analisi dei dati raccolti in (p-p), (p-Pb) e (Pb-Pb), concernenti la produzione inclusiva di vari tipi di adroni e risonanze adroniche.

 

2) Esperimento DarkSide presso i Laboratori del Gran Sasso (LNGS) dell'INFN per la ricerca della materia oscura con un nuovo apparato ad argon liquido. L'esistenza di questa "materia oscura" è coerente con prove provenienti da indagini di galassie su larga scala e misure di fondo cosmico a microonde, che indicano che la maggior parte della materia nell'universo non è barionica. La natura di questa componente non barionica è ancora completamente sconosciuta e la risoluzione del "puzzle della materia oscura" è di fondamentale importanza. Una delle più accreditate spiegazioni è che la materia oscura è costituita da particelle massiccie interagenti debolmente (WIMPs) formate nelle prime fasi dell'universo e successivamente gravitazionalmente aggregate in associazione con la materia barionica. In linea di principio, le WIMPs potrebbero essere rivevate in esperimenti terrestri attraverso le loro collisioni con i nuclei ordinari, fornendo rinculi nucleari osservabili di bassa energia (<100 keV). I tassi di collisione previsti sono estremamente piccoli e richiedono rivelatori con rumore di fondo ultra-ridotto e con grandi masse bersaglio (1-100 tonnellate), situate in siti sotterranei profondi per eliminare il background da neutroni provenienti da muoni della radiazione cosmica. Tra le varie tecnologie di rivelazione in fase di sviluppo, le camere a proiezione temporale con argon liquido a due fasi (LAr TPCs), che rivelano la luce di scintillazione e la ionizzazione generata dal rinculo dei nuclei, sono particolarmente promettenti. DarkSide-50 (DS-50), il primo rivelatore del programma DarkSide, con una massa attiva di argon di 50 kg, ha prodotto i suoi primi risultati sulla ricerca di WIMPs usando argon atmosferico nel dicembre 2014. Nell'ottobre 2015, DS-50 ha prodotto i primi risultati sulla ricerca di WIMPs utilizzando argon sotterraneo a bassa radioattività. Mentre DS-50 continuerà a prendere dati per i prossimi anni, anche la ricerca e lo sviluppo per la creazione e l'utilizzo di una serie di più grandi DarkSide LAr TPCs per la rivelazione di WIMPs sono in corso. L'intento è quello di progredire verso rivelatori a molte tonnellate dotati della massima sensibilità per la rilevazione di WIMPs di massa elevata.

 

3) Esperimento EEE per la ricerca di sciami cosmici estesi tramite 50 rivelatori costituiti ciascuno da tre camere MRPC, installati presso altrettanti istituti scolastici sparsi su tutto il territorio italiano, comprese le isole, in modo da coprire una superficie di circa mezzo milione di km2. Tutti i rivelatori, detti telescopi, mandano i dati, via internet, al centro di raccolta del CNAF-INFN di Bologna dove sono elaborati e preparati per gli studi di fisica. L'esperimento coniuga una ricerca in fisica astroparticellare con un'iniziativa di diffusione della cultura scientifica ad ampio raggio. Data la configurazione geografica dell'esperimento, misure come quella sulla variazione dei flussi di raggi cosmici con le eruzioni solari o la correlazione tra sciami cosmici a distanze di centinaia di chilometri, rappresentano importanti contributi di EEE alla ricerca in questo campo.