milano interneIstituto Nazionale di Fisica Nucleare
Sezione di Milano

Tesi Fisica delle Astroparticelle

  • AUGER - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • BOREX - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • DARKSIDE - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • JUNO - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • LSPE/Strip - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • EUCLID - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • QUBIC - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • NU_AT_FNAL - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • SABRE - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
  • SOX - Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

AUGER

L' Osservatorio Pierre Auger è il più grande rivelatore di raggi cosmici di altissima energia (E>1018 eV) mai realizzato. Situato in Argentina, copre un'area di 3000 km2 prende dati dal 2004 ed è attualmente è in fase di upgrade.
Il miglioramento del detector, che verrà chiamato Auger Prime, prevede, tra le altre cose, l'installazione di scintillatori per migliorare la capacità di discriminazione della massa dei raggi cosmici primari. La collaborazione Auger è
composta da scienziati provenienti da 15 paesi diversi. Il gruppo di Milano si occupa sia dell'analisi dati di Auger, sia dei lavori preparatori per l'upgrade dell'esperimento.
I possibili argomenti di tesi triennale o tesi magistrale sono:

- Studio delle direzioni di arrivo dei raggi cosmici di energia estrema per cercare correlazioni con cataloghi astrofisici (anche originali) e altri messenger (neutrini, onde gravitazionali).
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

- Sviluppo di tool di analisi dati avanzata (in particolare analisi multi-variata) per la discriminazione di massa del raggio cosmico primario.
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

- Caratterizzazione e test dei prototipi di scintillatore in fase di costruzione presso la sezione INFN di Lecce (solo tesi magistrali).
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

 - Lavoro su dati di onde gravitazionali (in collaborazione con le sezioni di Trento e Milano Bicocca) e in generale sulla fisica multi-messenger (solo tesi magistrali).
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

BOREX

L'esperimento Borexino (situato sotto la montagna del Gran Sasso) si occupa dello studio dei neutrini provenienti dal Sole.
I neutrini sono prodotti nelle reazioni nucleari che avvengono nel cuore del Sole e che forniscono energia per il suo sostentamento.
Borexino prende dati dal 2007 e ha misurato con alta precisione il flusso di neutrini solari provenienti dalle reazioni appartenenti al cosiddetto ''ciclo protone-protone''. Nel 2010, la radiopurezza di Borexino e' stata aumentata grazie a una campagna di purificazione dello scintillatore. E' iniziata cosi' la Fase 2 dell'esperimento, nella quale la qualita' dei dati e' significativamente migliorata rispetto alla Fase 1.
Il gruppo di Milano e' impegnato nell'analisi dei dati della Fase 2 e si occupa dei seguenti temi che possono portare ad un lavoro di tesi triennale o tesi magistrale:

- Analisi dei dati della Fase 2 di Borexino per migliorare le misure dei flussi di neutrini provenienti dal ciclo protone-protone con particolare attenzione allo studio delle sistematiche associate alla misura.
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

- Analisi dei dati della Fase 2 di Borexino per studiare la possibilita' di misurare i neutrini dal ciclo CNO. Questo ciclo di reazioni contribuisce poco alla luminosita' solare, ma ci si attende che sia dominante nelle stelle piu' massive. Sarebbe quindi importantissimo verificare la sua esistenza.

Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

 

DARKSIDE

Il problema della massa mancante dell'universo e' uno dei misteri piu' affascinanti dei nostri tempi: c'e' evidenza sperimentale che la materia oscura esista e che componga il 30% del nostro universo, ma non e' ancora chiara la sua natura. DarkSide e' un esperimento dedicato alla ricerca di materia oscura nell'ipotesi che questa sia costituita da WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles). Sfrutta grandi quantitativi di Argon in doppia fase (liquida e gassosa) per rivelare il rinculo dei nuclei che hanno subito  interazione con WIMPS. DarkSide-50, attualmente in presa dati ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso con 50kg di Argon, e' l'esperimento leader tra quelli basati su questo materiale bersaglio.

Il progetto su grande scala, DarkSide-20k, con 20 tonnellate di Argon e' in fase di design e sara' uno degli esperimenti di punta per la ricerca di WIMPS del prossimo decennio.
Il gruppo di Milano e' impegnato sia nell'analisi dei dati di DarkSide-50, sia nella progettazione del rivelatore su grande scala. Si occupa dei seguenti temi che possono portare ad un lavoro di tesi triennale o tesi magistrale:

- Analisi dati di DarkSide-50 per comprendere le caratteristiche di emissione dello scintillatore Argon e la risposta del veto alle interazioni di neutroni con run di sorgente.

Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

- Sviluppo elettronica di lettura per i sensori ottici di prossima generazione di DarkSide-20k basati su SiPM.

Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

JUNO

L'esperimento JUNO e' in fase di realizzazione in Cina con lo scopo di determinare importanti proprieta' del neutrino, in particolare la cosiddetta "gerarchia di massa", ovvero l'ordine relativo delle masse delle tre famiglie di neutrini.
Il rivelatore consistera' in 20,000 tonnellate di scintillatore liquido e osservera' gli anti-neutrini provenienti da 2 reattori nucleari nel sud della Cina. Studiera' il fenomeno delle ''oscillazioni'' di questi neutrini (cioe' la trasformazione da neutrini di tipo elettronico a neutrini di altro sapore) con precisione mai raggiunta prima. Questo permettera' anche di misurare alcuni dei parametri che regolano l'oscillazione con una precisione migliore del 1%. L'esperimento comincera' a prendere dati nel 2020.
Il gruppo di Milano e' impegnato nella progettazione e realizzazione dell'impianto di purificazione dello scintillatore di Juno.
E' inoltre coinvolto in studi che riguardano la caratterizzazione dello scintilatore e in simulazioni MonteCarlo e preparazione degli strumenti software per l'analisi dati che verra'.
Questi temi possono portare ai seguenti lavori di tesi triennali o tesi magistrale:

- Caratterizzazione in laboratorio di piccoli campioni dello scintillatore che sara' usato in Juno (trasparenza, resa di luce ecc..).
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

- Sviluppo di simulazioni MonteCarlo per descrivere il rivelatore JUNO; studi a MonteCarlo delle prestazioni del rivelatore.
Contatti:Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. , Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

 

LSPE/STRIP

L'esperimento LSPE (Large Scale Polarization Explorer) si inserisce nel contesto della rilevazione dei cosiddetti "modi-B" nel segnale polarizzato del fondo cosmico di microonde costituisce una delle maggiori sfide sperimentali della cosmologia osservativa. LSPE  osserverà il 25% del cielo nell'emisfero boreale fra 40 e 240 GHz mediante due strumenti (SWIPE e STRIP), il primo fra 140 e 240 GHz da un pallone stratosferico, il secondo a 40 e 95 GHz dall'osservatorio di Izana (Tenerife, 2400 m).

Lo strumento STRIP, in particolare, e' sviluppato da una collaborazione in cui il gruppo di Milano (Dipartimento di Fisica e sezione INFN) gioca un ruolo di primo piano sia nello sviluppo dell'hardware che della pipeline di analisi dati scientifica.

Tesi disponibili:

Tesi triennali

-> Modellizzazione dei polarimetri di LSPE/STRIP (Referente: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

La misura della polarizzazione del fondo cosmico richiede lo sviluppo e la modellazione di polarimetri caratterizzati da alta sensibilità e un livello minimo di effetti strumentali spuri.

Il lavoro di tesi si propone di estendere il modello esistente dei polarimetri impiegati nello strumento STRIP per la gestione di segnali polarizzati.
Il modello verrà implementato utilizzando il software QUCS (http://qucs.sourceforge.net).

-> Ottimizzazione della strategia di scansione dello strumento STRIP
(Referenti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

Il lavoro di tesi prevede simulazioni volte a definire la strategia di scansione ottimale del cielo da parte del telescopio di STRIP, in modo da pianificare la campagna osservativa che si svolgerà a Tenerife

Tesi magistrali

-> Studio di metodi di separazione di componenti (Referente: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

L'estrazione dell'informazione cosmologica dalle osservazione del fondo cosmico richiede un dettagliato studio delle emissioni di foreground (sia galattiche che extra-galattiche) per poter ripulire i dati ed ottenere un genuino segnale di fondo cosmico.

Il lavoro di tesi propone lo studio di diverse tecniche di separazione delle componenti astrofisiche recentemente implementate con particolare attenzione a metodi "blind", che non necessitano di conoscenze a priori delle componenti da separare, al fine di ottimizzare  la scelta delle frequenze di osservazione di futuri esperimenti.

-> Stima dello spettro di potenza a grandi scale angolari (Referente: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

Lo spettro di potenza racchiude tutte le informazioni cosmologiche rilevanti che è possibile estrarre dai dati di un generico esperimento di anisotropia del fondo cosmico. E' di fondamentale importanza disporre di tecniche ottimali per l'estrazione dello spettro (sia in  temperature che polarizzazione) che ne fornisca la miglior stima tenendo conto della sua effettiva statistica.

Il lavoro di tesi propone lo sviluppo e l'implementazione di algoritmi di maximum likelihood, sia nello spazio armoniche che in quello della mappa, in grado di fornire lo spettro di potenza in temperatura e polarizzazione della CMB nel caso di osservazioni a grandi scale  angolari.

-> Calibrazione di misure di CMB da terra mediante sorgenti celesti polarizzate (Referenti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

Uno dei fattori cruciali di una misura di fondo cosmico di microonde e' la calibrazione del segnale, ovvero la sua conversione da unita' adimensionali a unita' di misura fisiche. Per ottenere una corretta calibrazione si utilizzano sorgenti celesti note le quali, nel caso di
STRIP, devono anche essere polarizzate.

Il lavoro di tesi si propone di effettuare simulazioni per determinare e ottimizzare il livello di precisione nella calibrazione ottenibile da STRIP durante la campagna osservativa da Tenerife osservando sorgenti note.

-> Testing e calibrazione dello strumento STRIP (Refereti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.)

L'ultimo, importantissimo passo nello sviluppo di uno strumento e' l'insieme di test che consentono di verificarne la funzionalita' e caratterizzarne le prestazioni scientifiche.

Il lavoro di tesi si propone di collaborare alla preparazione, svolgimento e analisi dei dati dei test previsti sullo strumento STRIP prima della sua installazione al sito osservativo

 

NU_AT_FNAL
NU_AT_FNAL contribuisce al programma di ricerca sui neutrini con fasci da acceleratori negli USA, partecipando agli esperimenti SBN e DUNE.

SBN, al FermiLab, vuole dare la risposta definitiva sulla possibile esistenza di neutrini "sterili" oltre ai tre sapori conosciuti. L'esperimento e' in fase d realizzazione e comprende tre grandi rivelatori ad Argon Liquido situati a differenti distanze dal fascio di neutrini (fra 100 e 600 metri).
Il gruppo di Milano in NU_AT_FNAL partecipa alla progettazione e costruzione del rivelatore di veto per raggi cosmici e allo sviluppo del software per l'analisi.

DUNE studiera' in dettaglio le oscillazioni di neutrini su una distanza di 1300 km con un rivelatore da 40 kt di Argon liquido, con l'obiettivo primario di cercare la violazione di CP nel settore leptonico.
Il gruppo di Milano e' coinvolto nella realizzazione di un grande prototipo al CERN, nelle simulazioni MonteCarlo e sviluppo del software di analisi.

Possibili temi di tesi triennale o magistrale sono:

- SBN: Valutazione dell'efficienza del sistema di veto di raggi cosmici tramite simulazioni MonteCarlo, e studio dell'effetto sulla sensitivita' dell'esperimento, con possibilita' di misure in laboratorio al CERN o altre sedi INFN, e partecipazione alla presa dati dal 2018 (quest'ultima solo tesi magistrale);
- DUNE: Simulazioni MonteCarlo delle prestazioni del rivelatore DUNE e suoi prototipi; Simulazione della linea di fascio e relativa strumentazione per la calibrazione del prototipo al CERN, possibili confronti con dati e partecipazione a misure al CERN (solo tesi magistrali)
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

 

SABRE

Una delle segnature piu' caratterizzanti del segnale di Materia Oscura e' la variazione annuale del suo flusso sul rivelatore, causata dalla variazione del moto della terra nell'alone di Materia Oscura della galassia.

L'unico risultato sperimentale interpretabile come evidenza di Materia Oscura viene proprio da questa segnatura, ma non e' stato ancora mai verificato e la sua interpretazione e' controversa. L'esperimento SABRE si ripromette di utilizzare dei cristalli di scintillatore NaI di purezza mai raggiunta e un veto di scintillatore liquido per la reiezione del fondo per verificare questo segnale e portare la rivelazione della modulazione annuale di Materia Oscura ad un nuovo livello di sensibilita'.
L'esperimento inoltre prevede due rivelatori gemelli collocati presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e in un laboratorio sotterraneo di nuova costruzione in Australia per provare che l'eventuale modulazione osservata non e' legata a effetti stagionali locali.
Il gruppo di Milano e' impegnato su diversi fronti che riguardano sia la realizzazione di un primo prototipo del rivelatore sia la ricerca e sviluppo in vista del rivelatore finale.

In questo ambito sono disponibili tesi triennali e magistrali riguardanti:
- Studi Montecarlo dei contributi ai fondi radioattivi delle varie parti del rivelatore.
- Studi in laboratorio su hardware (tubi fotomoltiplicatori, daq, accoppiamento ottico..) e partecipazione all'installazione e operazione del prototipo al Gran Sasso (solo tesi magistrali).

Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

 

SOX

Esistono anomalie sperimentali che puntano alla possibile esistenza dei neutrini sterili. Queste ipotetiche particelle non hanno interazioni "standard" e sono quindi molto difficili da osservare. L'esperimento SOX e' stato pensato per provare o definitivamente confutare l'ipotesi di neutrino sterile, utilizzando l'apparato sperimentale di Borexino (ai Laboratori Nazionali del Gran sasso) e posizionando sotto di esso una sorgente molto attiva di anti-neutrini.
Misurando il flusso di neutrini provenienti dalla sorgente con lo scintillatore di Borexino, sara' possibile verificare se
il flusso e' quello atteso oppure inferiore a causa del fenomeno delle oscillazioni in neutrino sterile.
L'esperimento comincera' nel 2018. Il gruppo di Milano e' coinvolto negli studi preparatori e si occupa in particolare dei seguenti temi che possono portare ad un lavoro di tesi triennale o tesi magistrale:
- Studi di sensitivita' dell'esperimento SOX ai neutrini sterili, includendo tutti i dettagli realistici del rivelatore tramite simulazioni MonteCarlo.
Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

- Partecipazione alla campagna di calibrazioni con sorgenti radioattive prevista per il 2017 e alla successiva analisi dati;

Contatti: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..

 

Vai alla pagina del Gruppo di Fisica delle Astroparticelle