Raggi cosmici ancora protagonisti della caccia all’inafferrabile materia oscura, che permea un quarto del cosmo. Un nuovo esperimento si prepara a lasciare la Terra, per estendere le misure già effettuate da Fermi-LAT (Large Area Telescope) e AMS (Alpha Magnetic Spectrometer). Si tratta di DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), frutto di un accordo di collaborazione tra l’INFN, la Chinese Academy of Sciences (CAS) e l’Università di Ginevra. A lanciarlo in orbita, in autunno, sarà l’agenzia spaziale cinese, a bordo del vettore CZ-2D. A due anni dalla firma dell’accordo, il tracciatore al silicio di DAMPE è stato completato ed è arrivato a Pechino, dove verrà assemblato con il resto dell’apparato e preparato per il lancio.

“L’esperienza maturata in seno all’INFN nello sviluppo di rivelatori a microstrip di silicio in ambito spaziale è stata determinante per vincere questa sfida - spiega Giovanni Ambrosi, della sezione INFN di Perugia, coordinatore nazionale dell’esperimento -. Una sfida che ha visto, in meno di due anni, la progettazione, costruzione, qualifica spaziale e verifica con fasci di particelle di un tracciatore composto da 12 piani di rivelatori di silicio”.

DAMPE studierà i raggi cosmici nell’intervallo di energie dal GeV alle decine di TeV. Il tracciatore di silicio è una componente chiave dell’esperimento. Permetterà, infatti, di misurare con grande accuratezza la direzione di arrivo dei fotoni e, allo stesso tempo, di differenziare le specie nucleari che compongono i raggi cosmici e la loro traiettoria. Per garantire l’affidabilità delle scelte costruttive e verificare le prestazioni del rivelatore con i raggi cosmici, un modello di qualifica - del tutto analogo a quello che sarà impiegato in volo - sarà utilizzato nelle prossime settimane presso il CERN, nell’ambito di una campagna di test con fasci di elettroni, protoni e ioni, che si concluderà a giugno.

Il sito dell'esperimento

I rappresentanti dei principali laboratori e istituzioni scientifiche coinvolti nella ricerca sui neutrini, tra cui l’INFN, riuniti il 21 e 22 aprile al Fermilab di Chicago, in occasione del secondo meeting internazionale di APPEC (AstroParticle Physics European Consortium) sui neutrini, hanno ribadito il loro fermo convincimento sulla priorità dello studio di queste elusive particelle nell’ambito della ricerca in fisica fondamentale. Dai lavori del meeting è emersa, inoltre, la necessità della realizzazione di un’infrastruttura globale per lo studio dei neutrini, mettendo in rete le realtà esistenti.

“Il neutrino e il bosone di Higgs sono finora le sole particelle elementari le cui proprietà fondamentali sono ancora largamente sconosciute”, ha dichiarato il premio Nobel Carlo Rubbia a margine dei lavori del convegno. Secondo gli studiosi di APPEC, la complessità delle questioni relative alla natura del neutrino, come la possibile esistenza di un quarto tipo di neutrino, detto sterile, e al suo impatto sulla comprensione dell’universo, - questioni che rappresentano anche una costante fonte d’innovazione, ad esempio, nella tecnologia degli acceleratori e dei rivelatori - richiedono la messa in campo di programmi e progetti coerenti.

In quest’ottica, APPEC giudica apprezzabili i passi avanti compiuti verso la realizzazione dell’esperimento Hyper-Kamiokande. Un esperimento basato su rivelatori che sfruttano il cosiddetto effetto Cerenkov, e che vede la collaborazione tra fisici delle particelle e dei raggi cosmici. Per fare il punto sui progressi compiuti in questa direzione, gli esperti di APPEC si sono, infine, dati appuntamento in Giappone, nei primi mesi del 2016, per il terzo meeting sui neutrini.(d.p)

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Il Consiglio di Amministrazione dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) ha deliberato la nomina a Direttore Generale di Anna Sirica, finora a capo della Direzione Affari Amministrativi dell’INFN. “Molti auguri ad Anna, - commenta Fernando Ferroni, presidente dell’INFN - con qualche rammarico per la necessità di sostituirla nel lavoro che svolgeva con efficienza e competenza nell’INFN, ma anche con la soddisfazione di aver contribuito alla sua crescita professionale e con la consapevolezza che lo scambio di esperienze all’interno del sistema ricerca è benefico per tutti”, conclude Ferroni. Sirica, laurea in Economia e Commercio all’Università Federico II di Napoli nel 1995, e Master in Economia Pubblica alla Sapienza di Roma nel luglio 2004, ha ricoperto nel corso della sua carriera numerosi incarichi di responsabilità nella Pubblica Amministrazione, maturando un’importante esperienza. Negli ultimi anni, prima di arrivare all’INFN, è stata dirigente ai servizi di Ragioneria e di Bilancio del Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura (CRA) e in seguito ha lavorato nell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), dove è stata segretario generale della Segreteria Tecnica di Presidenza e dirigente all’Ufficio Bilancio e Programmazione Finanziaria.

L’esperimento DarkSide che si trova ai Laboratorio Nazionali del Gran Sasso ha annunciato l’avvio della campagna di presa dati con lo speciale Argon radiopuro, estratto dal sottosuolo del Colorado e purificato al Fermilab. Proprio l’impiego di questo particolare gas è il tratto tecnologico distintivo di questo esperimento realizzato per cercare particelle di materia oscura, costituito da un rivelatore a cilindro riempito di 150 kg di argon liquido e tappezzato di fotomoltiplicatori.

Questo cuore tecnologico è caratterizzato dall’eccezionale radiopurezza dell’Argon utilizzato, proveniente da giacimenti sotterranei che, grazie allo strato di terreno sovrastante, garantiscono una protezione naturale dal bombardamento dei raggi cosmici che subiscono i gas in atmosfera. “La separazione dell’Argon da flussi sotterranei di gas estratti per scopi industriali di varia natura – spiega Gioacchino Ranucci, della sezione INFN di Milano, uno dei due coordinatori del progetto – ci mette a disposizione un’arma “segreta” dalle prestazioni assolutamente uniche per lo sviluppo ai Laboratori del Gran Sasso di un programma di ricerche di ampio respiro e assolutamente competitivo.”

“Il riempimento dell’apparato con un materiale così puro rappresenta una radicale innovazione, abbattendo il fondo radioattivo sperimentale di oltre due ordini di grandezza. Si aprono pertanto prospettive completamente nuove per lo sviluppo di rivelatori di grande massa, che possano arrivare ad una completa esplorazione della materia oscura” commenta Giuliana Fiorillo, dell’Università di Napoli e responsabile italiana di Darkside.

Le tecniche e metodologie estrattive e di purificazione messe a punto per la produzione dei 150 kg di Argon con cui è stato appena riempito DarkSide-50 costituiscono un autentico salto tecnologico che ha visto la collaborazione di gruppi del Fermilab, di Princeton e dei LNGS.

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La ricerca nell’ambito della adroterapia oncologica è al centro del protocollo d’intesa siglato tra il TIFPA (Trento Institute for Fundamental Physics and Applications, il centro nazionale istituito da INFN, in collaborazione con Università di Trento, Fondazione Bruno Kessler FBK e Agenzia Provinciale per i Servizi Sanitari APSS di Trento) e il centro cinese SPHIC (Shanghai Proton and Heavy Ion Center). L’accordo, sottoscritto recentemente a Shanghai dal direttore del TIFPA, Marco Durante, e il presidente di SPHIC, segna così l’avvio di una stretta collaborazione tra Italia e Cina in questo promettente settore della terapia oncologica, che prevede l’utilizzo di protoni e ioni pesanti (adroni) accelerati come proiettili per colpire e distruggere le cellule tumorali. I vantaggi di questi “proiettili adronici” risiedono nella loro alta capacità di penetrare nel corpo umano, che li rende adatti a curare anche tumori profondi, e nella precisione con la quale è possibile indirizzarli sul bersaglio, colpendo quasi esclusivamente le cellule malate e risparmiando i tessuti sani circostanti.
“Il centro di Shaghai è destinato a essere il primo al mondo come numero di pazienti, e sarà lì che il beneficio clinico degli ioni in terapia verrà verificato”, spiega Marco Durante. “Per il TIFPA è una collaborazione importantissima, che ci consentirà di trasferire la ricerca più avanzata in fisica medica e radiobiologia nella clinica. Grande beneficio ne avrà il Centro di Protonterapia di Trento, tecnologicamente avanzatissimo e che necessita di collaborazioni ad alto livello. Con questo accordo l'Italia si conferma uno dei paesi più impegnati nel campo della ricerca in adroterapia, grazie alla proficua collaborazione fra fisici, medici e biologi”, conclude Durante.
L'accordo con SPHIC regola la cooperazione in fisica medica, biofisica, radiobiologia, ed è aperto a qualsiasi altra attività di reciproco interesse. L'accordo consente inoltre lo scambio di personale tra SPHIC e TIFPA per la formazione e le attività sperimentali comuni. Particolare interesse è rivolto alle metodologie per il trattamento dei tumori in movimento (come quello al polmone), e ai protocolli terapeutici combinati per i tumori a fegato e pancreas, due tumori maligni ad alta incidenza in Cina. I ricercatori del TIFPA potranno anche studiare al laboratorio SPHIC un modello biofisico per l'ottimizzazione dei regimi delle dosi.
Il Centro di Protonterapia dell’APSS a Trento ha già trattato 16 pazienti ed è dotato di una sala sperimentale per effettuare ricerche in fisica medica e radio-biofisica di grande interesse per l’istituto cinese.
SPHIC è una struttura, realizzata da SIEMENS, dotata di quattro sale di trattamento, che utilizza protoni e ioni carbonio nella terapia oncologica. Dopo le prime cure pilota nell’estate del 2014 e l'approvazione da parte delle autorità sanitarie cinesi, il centro è stato ufficialmente aperto nel mese di aprile. SHPIC inizierà con protocolli clinici per diversi tumori solidi e ha come obiettivo di arrivare a trattare oltre 1.000 pazienti all’anno. Inoltre, è dotato di un laboratorio per gli studi pre-clinici su modelli animali con protoni e ioni pesanti, e per la ricerca in fisica medica. Per avviare le attività di ricerca, SPHIC ha firmato protocolli d'intesa, oltre che con il TIFPA, anche con il centro Helmholtz GSI (Darmstadt, Germania) e il Montefiore Medical Center- Einstein College of Medicine (New York, USA).

Ultime settimane nello spazio per Samantha Cristoforetti. L'astronauta italiana della European Space Agency (ESA), capitano dell’Aeronautica Militare, che da quasi sei mesi si trova a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), prima di concludere la sua missione si sottopone a nuovi test sulla circolazione sanguigna in condizioni di microgravità. I test consistono nell’indossare alcuni sensori per la misura del flusso sanguigno, definiti pletismografi, che sono stati realizzati dal Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell’Università di Ferrara in collaborazione con la Sezione INFN di Ferrara, nell’ambito del progetto “Drain Brain”, finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI). “Si tratta di strumenti portatili non invasivi - spiega Angelo Taibi, ricercatore INFN e responsabile del progetto di sviluppo dei sensori -, che misurano variazioni di capacità elettrica associate a cambiamenti di volume del sangue”. È la stessa Cristoforetti a spiegare, sul suo diario di bordo “Avamposto 42”, la procedura dei test, che ha già effettuato in passato: “Indossando questi sensori a collo, braccio e gamba, ho eseguito una serie di respirazioni al 70% della capacità dei polmoni rimanendo ferma, oppure distendendo e contraendo la mano, o la caviglia”. “E, mentre facevo queste attività - aggiunge -, il software mi dava istruzioni su quando iniziare a espirare o inspirare”. L’obiettivo dei test è studiare come cambia il ritorno venoso dalla testa al cuore con il venir meno degli effetti della gravità. “È un aspetto di cui per ora sappiamo poco: una migliore comprensione di questi meccanismi circolatori potrebbe, ad esempio, aiutare a capire alcune malattie degenerative del cervello”, conclude Cristoforetti.

Il pletismografo

È un sofisticato strumento che misura variazioni di capacità elettrica associata a variazioni di volume del sangue, tramite sensori che possono essere applicati a qualunque segmento cilindrico del corpo. Questo strumento consiste in un’unità elettronica portatile, un estensimetro disponibile in diverse lunghezze per adattarsi alle dimensioni di collo, gambe e braccia, e un’unità di memoria. Lo scorso anno il dispositivo ha superato tutti i test di qualifica richiesti dalla NASA ed è stato consegnato nella base di Cape Canaveral, in Florida, per la spedizione sulla ISS prima di Natale. L’astronauta Cristoforetti deve effettuare il test pletismografico in diverse condizioni respiratorie, e al suo ritorno s’incroceranno i risultati ottenuti nello spazio con i dati registrati sulla Terra in condizioni fisiologhe normali.

Conclusa la prima fase del progetto “EURETILE” (EUropean REference TILed architecture Experiment), un innovativo sistema di programmazione multi-processo, nato per studiare nuove tecniche di supercalcolo finalizzate alla risoluzione di problemi d’interesse scientifico e industriale. Finanziato dalla Commissione Europea e coordinato dall’INFN, si basa sulla struttura del cervello. Include, infatti, la simulazione del funzionamento cerebrale per mezzo delle cosiddette “reti neurali”, modelli matematici di neuroni e sinapsi artificiali che imitano le interconnessioni delle cellule cerebrali e la loro plasticità. “Abbiamo ideato un promettente paradigma di progettazione gerarchico, in grado di emulare i tre livelli di organizzazione del cervello (colonne corticali, aree corticali, corteccia)”, spiega Pier Stanislao Paolucci, ricercatore INFN e coordinatore di EURETILE. I risultati della collaborazione, che comprende cinque partner europei - oltre all’INFN, lo Swiss Federal Institute of Technology di Zurigo, in Svizzera, la TARGET Compiler Technologies, in Belgio, la RWTH Aachen University, in Germania e il TIMA Laboratory presso l’Université Joseph Fourier, in Francia - troveranno applicazione immediata, anche industriale, nei prossimi progetti di ricerca e sviluppo dei gruppi coinvolti finanziati da programmi nazionali o internazionali. Le prime applicazioni già a partire dal 2015 nell’ambito del progetto europeo “CORTICONIC”, in collaborazione con l’Istituto Superiore di Sanità (ISS), con il confronto dei dati delle simulazioni cerebrali sviluppate dall’INFN con le misure in vitro realizzate sui tessuti biologici.