Il gruppo di fisica subnucleare sperimentale si occupa di progettare, costruire, far funzionare e analizzare i dati di diversi esperimenti, nello spazio e sulla Terra. Questi esperimenti mirano ad una maggiore comprensione delle interazioni fondamentali, misurandone effetti su scala galattica (esperimento AMS-02) o effetti di singola interazione (esperimento ATLAS). Obiettivo primario è inoltre l’osservazione della Terra dallo spazio (esperimento Limadou-HEPD).

Esperimento AMS-02

AMS può essere descritto come un esperimento di fisica delle alte energie svolto in un laboratorio speciale: la Stazione Spaziale Internazionale. Si tratta di un apparato complesso, basato su uno spettrometro magnetico di elevata precisione, per misurare la radiazione cosmica carica fino a energie del TeV. Fondato a meta' degli negli anni ’90 da un  gruppo di ricercatori che includevano il  Nobel Prof. S. Ting  dl MIT e il Prof. R. Battiston – allora all’ Università’ di Perugia, l’esperimento in versione preliminare,  AMS-01,  ha volato per la prima volta sullo Shuttle nel 1994. 
AMS-02 consiste oggi  in una collaborazione internazionale di più di 600 fisici.  AMS-02 ha inaugurato l’era della scienza dei raggi cosmici di alta precisione. Tra i risultati più importanti ottenuti da AMS:

  • la misura del flusso di positroni cosmici di energia maggiore di 10 GeV, in forte disaccordo con le previsioni teoriche e tuttora inspiegata;
  • la misura del flusso di antiprotoni cosmici fino a quasi 1 TeV, con l’osservazione di un eccesso rispetto al flusso atteso;
  • la misura dei flussi dei raggi cosmici fino ad energie del TeV/nucleone, effettuata con precisione senza precedenti in grado di verificare i modelli teorici di produzione, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici.

Il gruppo di Trento-TIFPA porta avanti l’analisi del flusso di deuterio, facendo largo impiego di raffinate tecniche di analisi multivariata. 
ignazio.lazzizzera [at] unitn.it

Esperimento ATLAS

Si tratta di un gigantesco apparato sperimentale, posto 100 metri sotto il suolo di Meyrin, in Svizzera, in corrispondenza di uno dei quattro punti di collisione dei protoni del Large Hadron Collider del CERN. Alto come un palazzo di 8 piani e lungo il doppio, ATLAS pesa 7000 tonnellate e necessita del paziente lavoro di oltre 3000 scienziati. Insieme al “piccolo cugino” CMS, ATLAS è balzato agli onori della cronaca nel 2012, quando ha annunciato al mondo la scoperta del campo e del bosone di Higgs e del meccanismo omonimo grazie al quale le particelle fondamentali ricevono massa. Oltre al bosone di Higgs, ATLAS è dedicato allo studio di problemi di frontiera nella fisica delle alte energie, quali:

  • lo studio dei processi di interazione partone-partone previsti dallo modello standard delle particelle, per caratterizzare le dinamiche al TeV e cercare eventuali deviazioni dalle previsioni del modello;
  • la ricerca di nuova fisica, olte il modello standard, nella forma della supersimmetria o da altre estensioni della lagrangiana elettrodebole;
  • studio del quark top, il più pesante in natura, per il quale sono maggiormente possibili interazioni fondamentali oltre il modello standard.

Dal 2007 il Dipartimento di Ingegneria Industriale di Trento ha coordinato lo sviluppo e l’implementazione dell’innovativa tecnologia di rivelatori al silicio 3D per il tracciatore interno di ATLAS. Dal 2016 il Dipartimento di Fisica si occupa della monitoraggio del funzionamento di tali sensori e dello sviluppo di una seconda generazione di rivelatori.
Sul fronte dell’analisi, i fisici del Dipartimento si occupano di ricerca di nuova fisica in decadimenti in stati finali con due bosoni pesanti (modelli di doppietto di Higgs, Heavy Vector Triplet e gravitone RS), impiegando tecniche di analisi AI-based e deep learning.
roberto.iuppa [at] unitn.it

Esperimento CSES LIMADOU-HEPD

Il progetto Limadou è' stato proposto  in ambito internazionale dal Prof. R. Battiston nel 2004 e fa parte della missione scientifica CSES (Chinese Seismo-Electromagnetic  Satellite) della CEA (Chinese Earthquake Administratioìn).  Questo satellite è dedicato al monitoraggio di onde e campi elettromagnetici e allo studio di perturbazioni di plasma e particelle nell’alta atmosfera, nella ionosfera e nella magnetosfera. Si tratta di  un’iniziativa congiunta CNSA-ASI, in cui l’INFN partecipa avendo costruito e gestendo l’High Energy Particle Detector (HEPD), il rivelatore di particelle che misura i flussi di elettroni e protoni fino a circa 100 MeV. L’osservazione di transienti nell’andamento temporale di questi flussi è' di grande interesse nella ricerca di correlazioni con gli eventi della litosfera, come sciami sismici o attività' umane in grado di emettere onde elettromagnetiche particolarmente intense. Limadou potrà inoltre  studiare  l’attività solare, dato che i flussi di tali particelle sono direttamente connessi attraverso il vento solare.
Il gruppo di Trento-TIFPA ha effettuato i primi studi di fattibilità del progetto e attualmente coordina il programma di ricostruzione delle caratteristiche fisiche delle particelle misurate e il programma di simulazione Monte Carlo della risposta del rivelatore, in modo da calibrarlo per ottenere la maggiore precisione possibile nella misura del flusso. 
roberto.iuppa [at] unitn.it, wj.burger [at] cern.ch

Sviluppo di rivelatori di particelle

Il gruppo di Trento-TIFPA è particolarmente esperto nel campo dei rivelatori di radiazione ionizzante basati su tecnologia al silicio. Ha contribuito al sistema di lettura del segnale sui rivelatori a microstrip doppia-faccia dell’esperimento Limadou-HEPD e ancora oggi ne gestisce il funzionamento.
In collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale e con la Fondazione Bruno Kessler, è attivo nello sviluppo di sensori a pixel 3D per l’upgrade del barrel dell’esperimento ATLAS (HL-LHC, fase 2 di LHC): si tratta dei rivelatori di altissima precisione che dovranno lavorare in condizioni estreme sul versante della radiazione assorbita.
Il gruppo è poi fortemente impegnato nello sviluppo di tecnologie MAPS (Monolithic Active Pixel Sensors) per tracking di alta precisione nello spazio.
roberto.iuppa [at] unitn.it

Sviluppo di magneti HTS

Insieme al CERN, il gruppo di Trento-TIFPA promuove un’iniziativa di sviluppo di magneti superconduttori ad alta temperatura critica (YBCO, MgB2) per applicazioni spaziali. Lo scopo dello studio è la produzione di un prototipo di bobina ad alto campo (3-10 T), che lavori a 10-20 K. Gli esiti del programma saranno decisivi rispetto all’impiego di tecnologie superconduttive HT per fini scientifici (spettrometri magnetici) e tecnologici (schermi attivi alla radiazione cosmica nei viaggi verso Marte).
roberto.iuppa [at] unitn.it

Sviluppo di applicazioni di tecnologie laser per il settore spaziale

In collaborazione con il laboratorio IdEA (coordinato dal Prof. Antonio Miotello), alcuni dei membri del gruppo si dedicano allo studio di applicazioni di tecnologie di ablazione laser nel settore aerospaziale. In particolare sono allo studio soluzioni innovative per la rimozione di rifiuti spaziali mediante deorbiting e per il lancio di satelliti di piccola dimensione (< 1kg).
wj.burger [at] cern.ch, roberto.iuppa [at] unitn.it

Componenti del gruppo
Coordinatore Ignazio Lazzizzera
Professori Roberto Battiston, Ignazio Lazzizzera
Ricercatori William Jerome Burger (INFN-TIFPA), Roberto Iuppa
Post-doc Laurent Basara (INFN-TIFPA), Francesco Dimiccoli (INFN-TIFPA), Konstantin Kanishchev (INFN-TIFPA)
Dottorandi Francesco Maria Follega, Ester Ricci