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L’INFN è fortemente impegnato in importanti progetti nel campo dell’informatica quantistica: in particolare è l’unico partner non statunitense del Superconducting Quantum Materials and Systems Center, un centro di eccellenza con sede al Fermilab di Chicago, nato nel 2020, che punta a realizzare nei prossimi anni un computer quantistico d’avanguardia basato su tecnologie superconduttive. Ad esempio i laboratori del Gran Sasso sono l’ambiente ideale per misurare l’effetto dei raggi cosmici e della radioattività naturale sul tempo di decorrenza dei computer quantistici.

(La redazione di non è responsabile del testo di questo comunicato stampa, che è stato pubblicato integralmente e senza variazioni) - Fonte: INFN

Gli esperimenti si stanno concentrando in particolare su due temi: da un lato l'asimmetria tra materia e antimateria che osserviamo nell'universo e che i neutrini potrebbero contribuire a spiegare, dall'altro la rilevazione dei neutrini cosmici, che portano informazioni importantissime sui processi stellari. "Nel primo caso - dice Mezzetto - nei prossimi 3-5 anni partiranno 3 grandi esperimenti negli Stati Uniti, in Giappone e in Cina, ai quali l'Europa e l'Italia partecipano in maniera importante col 40-50% dei ricercatori". Per quanto riguarda i neutrini cosmici, invece, due telescopi sono già operativi e verranno ulteriormente potenziati nei prossimi anni: uno si trova in Italia ed è KM3NeT, una struttura sottomarina al largo della Sicilia frutto di una collaborazione internazionale alla quale partecipa l'Infn, che a febbraio 2025 ha annunciato la cattura del neutrino più energetico mai visto; l'altro telescopio è IceCube, che si trova sotto il ghiaccio dell'Antartide ed è in funzione già da circa 10 anni. "Sono due esperimenti complementari - conclude Mezzetto - poiché si trovano in emisferi diversi". Read the full article

Il nuovo banco di prova del Modello Standard, la misura da record di Muon g-2. La terza e definitiva misura da parte dell’esperimento Muon g-2 di una particolare proprietà del muone, la cosiddetta anomalia magnetica, conferma pienamente le misurazioni precedenti e rafforza il valore della media sperimentale globale. Per molti anni a venire, il valore annunciato oggi rappresenterà la misura più precisa mai eseguita. Gli scienziati dell’esperimento Muon g-2, ospitato dal Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e condotto da una vasta collaborazione internazionale cui contribuiscono numerosi ricercatori e ricercatrici dell’INFN, hanno annunciato la terza e ultima misura dell’anomalia magnetica del muone. Questo risultato, presentato oggi, 3 giugno 2025, nel corso di un seminario scientifico al Fermilab e inviato alla rivista Physical Review Letters, concorda con quelli pubblicati nel 2021 e nel 2023, ma è ottenuto con una precisione molto maggiore: 127 parti per miliardo – un valore che addirittura supera l’obiettivo del progetto sperimentale originale, pari a 140 parti per miliardo. I muoni, protagonisti dell’esperimento Muon g-2, sono particelle fondamentali simili agli elettroni, ma circa 200 volte più massicce. Come gli elettroni, essi possiedono la proprietà quantistica chiamata “spin”, che li rende simili a dei piccoli magneti: in presenza di un campo magnetico esterno, eseguono un moto rotatorio detto di precessione, assimilabile a quello di una trottola inclinata rispetto a un asse verticale. La velocità di precessione in un campo magnetico dipende dalle proprietà del muone, descritte da un numero chiamato “fattore g”, a cui quasi 100 anni fa i fisici teorici attribuirono un valore pari a 2 sulla base di quanto descritto dal Modello Standard delle particelle elementari. Ben presto, però, le misurazioni sperimentali dimostrarono che g si discostava leggermente da 2 (era appena più grande), a causa di una quantità nota come anomalia magnetica del muone (aμ), calcolata con (g-2)/2. Misurare questa anomalia con altissima precisione è l’obiettivo dell’esperimento Muon g-2, che proprio alla formula (g-2)/2 deve il suo nome. L’ultimo valore sperimentale ottenuto dall’esperimento del Fermilab è aμ= 0,001165920705 +/- 0,000000000114 (incertezza statistica) +/- 0,000000000091 (incertezza sistematica) e si basa sull’analisi degli ultimi tre anni di presa dati, dal 2021 al 2023, combinati con i risultati pubblicati precedentemente. La misura tiene conto di una statistica quasi 20 volte più grande rispetto alla prima pubblicazione nel 2021, e conferma, con un’incertezza 4 volte inferiore, il valore del 2021. “Come è stato per decenni, l’anomalia magnetica del muone continua a essere un banco di prova stringente per il Modello Standard”, commenta Marco Incagli, fisico della Sezione di Pisa dell’INFN e co-spokesperson di Muon g-2. “Il nuovo risultato sperimentale, grazie alla precisione raggiunta, getta nuova luce su questa teoria fondamentale e costituirà il punto di riferimento per qualsiasi calcolo teorico futuro”. Dall’anomalia magnetica del muone dipendono gli effetti di tutte le particelle del Modello Standard, e una discrepanza dell’esperimento dalla teoria – come quella emersa in passato – potrebbe indicare la presenza di processi fisici non previsti da tale quadro teorico, segnalando la necessità di emendarlo o addirittura superarlo. Naturalmente, la collaborazione internazionale di fisiche e fisici teorici Muon g-2 Theory Initiative ha lavorato in parallelo al gruppo sperimentale per migliorare il calcolo teorico. Alla tecnica fondata sui dati di diversi esperimenti (che ha prodotto valori in contrasto con quelli presentati dal Fermilab), ha da poco affiancato un approccio basato sulla potenza di calcolo. Questa tecnica ha condotto a una previsione teorica che si avvicina alla misura sperimentale, senza però ancora sovrapporsi a essa. “La Muon g-2 Theory Initiative punta a fornire una previsione teorica sul Modello Standard con una precisione comparabile a quella dei risultati sperimentali, concentrandosi sulle correzioni adroniche, notoriamente difficili da calcolare”, commenta Aida El-Khadra, coordinatrice della Muon g-2 Theory Initiative. “Il nostro White Paper 2025 già documenta progressi notevoli, ma la previsione attuale del Modello Standard è ancora considerevolmente meno precisa del dato sperimentale. La Theory Initiative continuerà a sostenere gli sforzi in corso, che prevediamo raggiungeranno i livelli di precisione necessari per massimizzare l’impatto del programma sperimentale Muon g-2”. “Grazie alla messa in campo e alla sinergia di competenze diverse – dagli esperti di ottica e laser a quelli di calcolo e analisi –, il gruppo italiano dell’INFN è stato di importanza critica per il successo della misura”, conclude Giovanni Cantatore, fisico dell’Università e della Sezione di Trieste dell’INFN e responsabile del gruppo italiano di Muon g-2. Oggi l’analisi principale dell’esperimento Muon g-2 è giunta al termine, ma l’ampia collezione di dati raccolta negli ultimi sei anni si presta a ulteriori esplorazioni. In futuro, la collaborazione produrrà misurazioni di una proprietà del muone chiamata momento di dipolo elettrico e testerà una proprietà fondamentale delle leggi fisiche nota come simmetria CTP (carica, tempo, parità). La collaborazione Muon g-2 è composta da 176 scienziati provenienti da 34 istituzioni di 7 Paesi. Il gruppo italiano dell’INFN ha partecipato attivamente all’esperimento sin dai suoi albori, rivestendo anche ruoli apicali, e ha contribuito su vari fronti al suo successo. Ha progettato e realizzato due sistemi che hanno abbattuto in maniera significativa l’incertezza globale sulla misura dell’anomalia magnetica del muone – un sistema laser di calibrazione assoluta dei calorimetri per le misure di energia e un magnetometro ottico ad alta sensibilità per la misura dei transienti magnetici – e ha preso parte in modo significativo al notevole sforzo di analisi dati che ha condotto al risultato finale. Risorse:ideo sul risultato del 2025 di Muon g-2Immagini correlate, ©Fermilab Il risultato del 2023 di Muon g-2Il risultato del 2021 di Muon g-2 Read the full article

Il CERN c'è riuscito: avvenuta conversione da piombo a oro, ma non siamo tutti più ricchi. La collaborazione scientifica ALICE ha documentato un fenomeno straordinario presso l'acceleratore LHC del CERN: la trasmutazione del piombo in oro attraverso collisioni ultraperiferiche. L'antico sogno alchemico si trasforma in una realtà fisica misurabile, anche se con quantità infinitesimali del prezioso metallo. L'antico sogno degli alchimisti medievali di trasformare il piombo in oro è diventato realtà grazie agli esperimenti condotti presso il Large Hadron Collider (LHC) del CERN. La collaborazione scientifica ALICE ha recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review C i risultati di un'analisi che documenta e quantifica questo fenomeno di trasmutazione nucleare, avvenuto però attraverso un meccanismo fisico completamente diverso dai tentativi chimici degli antichi alchimisti. Durante le collisioni tra nuclei di piombo accelerati a velocità ultra-relativistiche nell'LHC, i ricercatori hanno osservato un fenomeno particolare: quando i nuclei passano molto vicini senza effettivamente scontrarsi - in quelle che vengono definite "collisioni ultraperiferiche" - si generano intensi campi elettromagnetici che producono impulsi di fotoni. Questi fotoni possono interagire con i nuclei di piombo causando l'espulsione di protoni e neutroni. Il processo di trasmutazione avviene quando esattamente tre protoni vengono rimossi da un nucleo di piombo (che contiene 82 protoni), trasformandolo in un nucleo di oro (che ha 79 protoni). Come spiegato da Marco Van Leeuwen, portavoce di ALICE: "È impressionante vedere che i nostri rivelatori sono in grado di gestire collisioni frontali che producono migliaia di particelle, ma sono anche sensibili alle collisioni in cui vengono prodotte solo poche particelle alla volta, consentendo lo studio di rari processi di trasmutazione nucleare elettromagnetica". Per misurare questo fenomeno, il team di ALICE ha utilizzato calorimetri a zero gradi (ZDC), rivelatori progettati e realizzati dai gruppi italiani dell'INFN di Torino e Cagliari. Questi strumenti hanno permesso di contare le interazioni che hanno portato all'emissione di un numero specifico di protoni e neutroni, corrispondenti alla creazione di diversi elementi: piombo, tallio, mercurio e oro. Le misurazioni hanno rivelato che l'LHC produce attualmente oro a una velocità massima di circa 89 mila nuclei al secondo durante le collisioni piombo-piombo nel punto di interazione dell'esperimento ALICE. I nuclei d'oro emergono dalla collisione con energia molto elevata e colpiscono i collimatori in vari punti dove si frammentano immediatamente in protoni singoli, neutroni e altre particelle. "L'antico sogno della trasmutazione chimica in oro degli alchimisti è stato realizzato dalla scienza a LHC. Per la prima volta, si è trasmutato il piombo in oro sfruttando la luce, ovvero i fotoni", ha sottolineato Chiara Oppedisano, ricercatrice della sezione INFN di Torino. Durante il Run 2 dell'LHC (2015-2018), sono stati creati circa 86 miliardi di nuclei d'oro nei quattro esperimenti principali del CERN. La cifra, apparentemente impressionante, indica in realtà una quantità totale di oro pari a 29 picogrammi (2,9 × 10-11 g), una quantità "trilioni di volte inferiore a quella necessaria per realizzare anche il più piccolo gioiello". Il più recente Run 3 ha consentito di produrre circa il doppio d di oro, comunque una quantità ancora infinitesimale per essere rilevante. Inoltre l'oro prodotto esiste solo per una frazione di secondo prima di frammentarsi in altre particelle mentre si scontra con il tubo del fascio dell'LHC o altri componenti. La ricerca, tuttavia, non serve solo a soddisfare una semplice curiosità scientifica: John Jowett della collaborazione ALICE ha dichiarato infatti che "i risultati testano e migliorano anche i modelli teorici della dissociazione elettromagnetica che, al di là del loro intrinseco interesse fisico, vengono utilizzati per comprendere e prevedere le perdite di fascio che sono un limite importante per le prestazioni dell'LHC e dei futuri collisori". Questa scoperta rappresenta di fatto la prima misurazione diretta di questo processo utilizzando i dati di LHC, basandosi su previsioni teoriche e precedenti esperimenti a energie più basse. Se da una parte gli alchimisti medievali potrebbero vedere le loro speranze deluse ancora una volta dalle quantità infinitesimali prodotte, dall'altra lo studio fornisce preziose informazioni sui processi elettromagnetici nella fisica nucleare delle alte energie e dati pratici per migliorare i progetti futuri di collisori. Read the full article

Ricercatore al lavoro su uno degli specchi del rivelatore Virgo fonte. EGO-Virgo Maurizio Perciballi A Cascina i ricercatori di Virgo stanno approfittando della pausa per sostituire uno degli specchi principali dell'interferometro, all'estremità del braccio ovest. L'operazione di sostituzione in corso è molto delicata e richiederà circa un mese, dice Diego Bersanetti, dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova. Per il portavoce di Ego Gianluca Gemme, dell'Infn, "la nuova astronomia gravitazionale sta rivoluzionando il nostro modo di osservare e studiare il cosmo. In soli 10 anni dalla prima rivelazione di un'onda gravitazionale, le nuove informazioni che abbiamo acquisito stanno trasformando le ipotesi degli astronomi sulle popolazioni di buchi neri e alcuni modelli dell'evoluzione stellare". La grande attesa della comunità astronomica per i prossimi mesi è replicare una nuova osservazione multimessaggera, ovvero l’osservazione coordinata e simultaneo di uno stesso evento cosmico utilizzando segnali di natura diversa, come onde gravitazionali, luce, onde radio, raggi gamma. Finora questo è accaduto, con l’osservazione della fusione di due stelle di neutroni. Read the full article

I vincitori della Medaglia Galileo Galilei 2025 (fonte: INFN) In particolare, Pierre Sikivie ha fornito contribuiti pionieristici alla comprensione del cosmo per cercare di rivelare gli assioni, ipotetiche particelle inizialmente introdotte per risolvere un problema nell'ambito microscopico della teoria delle interazioni forti. Se la loro esistenza fosse confermata, si potrebbe risolvere uno dei più grandi misteri del nostro universo, ovvero si riuscirebbe a dare un volto alla materia oscura, e si chiarirebbe anche un mistero fondamentale che riguarda i quark del mondo subatomico. Il lavoro di Leonard Susskind è stato fondamentale perché ha permesso di scoprire e decifrare le sfide che i buchi neri pongono alla natura classica e quantistica della gravità, tessendo anche profonde connessioni tra il cosmo e le particelle elementari. "Il premio di quest'anno mette in luce le profonde connessioni tra microcosmo e macrocosmo, che hanno origine dall'esplorazione dei misteri delle interazioni fondamentali e collegano la fisica delle particelle all'astrofisica e alla cosmologia", commenta Fulvio Piccinini, direttore del Galileo Galilei Institute. Read the full article