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Maurizio Spurio

Professore associato confermato

Dipartimento di Fisica e Astronomia

Settore scientifico disciplinare: FIS/01 FISICA SPERIMENTALE

Temi di ricerca

La mia attività di ricerca è di natura sperimentale, e svolta nell'ambito dell'astrofisica delle particelle, con particolare riguardo all'approccio multi-messenger dell'astrofisica particellare con raggi cosmici e neutrini. Ho pubblicato in collaborazione più di 150 articoli sulle più importanti riviste di Astronomia e Fisica ad alto IF. Ho presentato numerose relazioni su invito e contributi a conferenze, anche pubblicati su proceedings, oltre a diversi lavori non ancora pubblicati.

-Sono supervisore di 7 tesi di dottorato di Ricerca in Fisica presso l'Università di Bologna, di cui una in co-tutela con l'Università di Oujda (Marocco), una con quella di Bucarest e una ancora in corso. Tutte le tesi terminate hanno conseguito risultati pubblicati. Dal 2005, sono stato tutor di 4 assegnisti di ricerca.

MACRO. Ho collaborazione sin dalla lettera d'intenti del 1985 all'esperimento MACRO. Questo era un rivelatore a grande area ai Lab. del Gran Sasso, con molteplici finalità di ricerca nell'ambito della fisica dei raggi cosmici, dei neutrini e dell'astrofisica. Ho partecipato a tutte le fasi dell'esperimento, dalla progettazione alla presa dati, all'analisi dei dati e alla preparazione delle pubblicazioni. Ho rivestito i seguenti incarichi di responsabilità:

- sviluppo del rivelatore nucleare a tracce (vedi sotto);

- responsabile del data reduction (Data Summary Tapes, DST) degli eventi acquisiti;

- responsabile (dal 1998 alla chiusura) del Software e del Monte Carlo.

Per quanto riguarda le analisi dei dati, mi sono principalmente occupato dello studio di eventi indotti da neutrini atmosferici e della ricerca di particelle fossili (monopoli magnetici, nucleariti). Insieme a SuperKamiokande, MACRO ha evidenziato le oscillazioni dei neutrini atmosferici di tipo muonico, misurando i parametri di oscillazione. Ho svolto un ruolo significativo nell'importante risultato, quale autore di una delle tre analisi per i muoni passanti e autore dell'analisi per gli eventi contenuti (corresponding author del relativo articolo su PLB). 

Ho presentato i risultati sulle oscillazioni dei neutrini in nome della Collaborazione in numerose conferenze e relazioni ad invito. Sono stato corresponding author e tra i corresponding authors di altri articoli riguardanti la fisica dei raggi cosmici, con particolare riguardo agli effetti che potevano fungere da fondo per la misura delle oscillazioni dei neutrini. Sono stato coinvolto in gran parte delle altre analisi pubblicate (anche come responsabile dei DST) alcune delle quali contengono analisi di miei laureandi.

 Rivelatore a tracce. Il rivelatore nucleare a tracce utilizzato in MACRO (nome commerciale: CR-39) si è dimostrato molto versatile ed è stato utilizzato anche in altre attività di ricerca. Tra il 1986 ed il 1992 ne ho curato lo sviluppo e la calibrazione. L'attività, in collaborazione con un'industria (Intercast Europe - Parma) era finalizzata alla produzione su scala industriale del polimero con le caratteristiche di sensibilità e riproducibilità dei risultati necessari per l'utilizzo in esperimenti di Fisica. Tra i risultati più significativi pubblicati, la dimostrazione che il nostro CR39 è sensibile anche a particelle lente, e applicabile alla ricerca dei monopoli magnetici. Il CR39 è stato anche impiegato per misura della concentrazione di radon, e per misure sulle sezioni d'urto di frammentazione di ioni pesanti (di interesse per lo studio sulla propagazione dei raggi cosmici). Il CR-39 è stato utilizzato anche nell'esperimento SLIM (2004-2008) presso il laboratorio di Chacaltaya (Bolivia) per la ricerca di monopoli magnetici di massa intermedia e altre particelle esotiche massive nella radiazione cosmica.

 Telescopi per neutrini.  Dal 2000, partecipo alle attività (prima di R&D e poi di esperimento) per la realizzazione di un telescopio di neutrini nel Mediterraneo, coordinando il gruppo di Bologna.

ANTARES, alla profondità di circa 2500 m al largo di Tolone (Francia) è in presa dati dal 2008. E' una esperimento (realizzato nell'ambito di una collaborazione europea di una decina di paesi) che utilizza una matrice di 900 fotomoltiplicatori disposti su 12 linee per rivelare la luce Cherenkov emessa da muoni prodotti dall'interazione con l'acqua di neutrini di alta energia. In ANTARES ho (o ho avuto) i seguenti incarichi:

- responsabile (dal 2004 al 2007) del trigger di II livello (software);

- convener del Working Group per i neutrini diffusi (dal 2006);

- chair del Publication Committee (dal 2012);

- deputy spokesperson (a partire da Maggio 2014).

Ho sinora contribuito in maniera significativa ad alcuni lavori tecnici e a molti lavori di fisica, in particolare (come corresponding author) a quello sul limite sui flussi diffusi di neutrini cosmici e sulla misura del flusso di muoni atmosferici. In collaborazione con miei studenti (di master e dottorato), ai lavori sulle oscillazioni di neutrini atmosferici e sulla misura del loro spettro energetico.

La mia visibilità nell'esperimento è dimostrata dall'incarico di responsabile del Publication Committee (dal 2012), ovvero della qualità di tutte le pubblicazioni prodotte e dall'elezione a deputy spokesperson a fine Maggio 2014.  

Il progetto NEMO, concluso nel 2012, aveva l'obiettivo di studiare (in collaborazione con ANTARES) la fattibilità di un telescopio di neutrini di più grandi dimensioni ad un costo minore. Sono stato responsabile locale sino al 2011, occupandomi di vari aspetti di simulazione Monte Carlo. Coordinando il gruppo di Bologna, ho prodotto  una parametrizzazione del flusso di sciami di muoni atmosferici a diverse profondità, e pubblicato un generatore di eventi Monte Carlo (MUPAGE) che per la sue prestazioni e versatilità, è utilizzato e citato in tutti gli studi di fisica di ANTARES, NEMO e KM3NeT.

KM3NeT è un consorzio che ha ricevuto finanziamenti nell'ambito del EU FP6 e del EU FP7 frameworks per lo studio del caso di astrofisica, del progetto tecnico e delle convergenze politiche necessarie per la costruzione di un telescopio di neutrini nel Mediterraneo di scala circa 50 volte ANTARES. Nell'ambito del progetto, sono stato responsabile italiano del Work package “WPI/N - Data and Control and User support and Impact Assessment”. Il gruppo di Bologna ha ottenuto una notevole visibilità nella comunità dei telescopi di neutrino nel campo della DAQ, del software e simulazioni Monte Carlo e nell'analisi dei dati, in particolare per le sorgenti extragalattiche. Una prima fase di realizzazione di KM3NeT con la costruzione di circa 30 stringhe a Capopassero (Sicilia) è stata finanziata con fondi PON ed è in corso.

Nel 2010, sono stato invitato da EPJC a scrivere un lavoro di rassegna su “High-energy astrophysics with neutrino telescopes”.

 2.1 Organizzazione, direzione e coordinamento di centri o gruppi di ricerca

Gli incarichi di direzione e coordinamento nell'ambito degli esperimenti a cui ho partecipato (o partecipo) sono stati sopra elencati. Inoltre:

-Dal 2011 al 2015, coordinatore di Bologna nella Commissione Scientifica Nazionale II  dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

-Sono referee per l'INFN di diversi esperimenti di fisica astroparticellare (AUGER, T2K, MARE, MIR, MICRA, SUPREMO)

 Nel 2014 l'INFN ha lanciato l'iniziativa denominata “What Next” per interrogarsi sulla decennale ricerca di una fisica nuova, oltre il Modello Standard, alla scala di energia del TeV. Sono stato designato quale convener del gruppo di lavoro “Neutrini”, a riconoscimento della mia visibilità nazionale e internazionale nel campo. Sono l'unico convener della sede INFN di Bologna: i lavori per “What Next” si completeranno nel 2015.



Esperimento MACRO al Gran Sasso: dettagli miei contributi personali sulle pubblicazioni di MACRO (link)

Il rivelatore nucleare a tracceUlteriori dettagli e lavori con il Rivelatore Nucleare a Tracce (link)

Telescopi per neutrini. Dopo MACRO, continuo ad essere interessato alla fisica e all'astrofisica dei neutrini. Dal 2001, partecipo all'esperimento ANTARES. Questo e' un telescopio per neutrini, frutto di una collaborazione internazionale, posto sott'acqua nel mare Mediterraneo, e che utilizza una matrice di fotomoltiplicatori per rivelare la luce Cerenkov emessa da muoni prodotti dall'interazione con l'acqua di neutrini di alta energia. In particolare, mi sto occupando della simulazione della risposta del rivelatore al passaggio di muoni atmosferici. Ho scritto, con i miei collaboratori a Bologna, due articoli che parametrizzano il flusso di muoni atmosferici a diverse profondità [71,81]. Sono responsabile dell'analisi dei dati per la ricerca di neutrini diffusi di origine extra-galattica.Ulteriori dettagli sull'esperimento ANTARES (link)

Sempre nell'ambito dei telescopi di neutrini, l'esperimento NEMO (in collaborazione  con ANTARES) si occupa delle attività per la realizzazione di un telescopio di più grande scala (circa 50 volte ANTARES) nel Mar mediterraneo. Sono il coordinatore locale, ed a Bologna ci occupiamo del sistema di acquisizione dati e del trigger. Ulteriori dettagli sull'esperimento NEMO (link) 

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