Il Large Hadron Collider (LHC) del CERN è la più grande macchina acceleratrice di particelle mai costruita, che accelera fasci di protoni o ioni pesanti fino ad energie massime di 13.6 e 5.02 TeV rispettivamente. I fasci sono fatti collidere in quattro punti di interazione, dove sono situati gli esperimenti ALICE, ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid) ed LHCb. Il programma di fisica di LHC è molto vasto, includendo misure di fisica del Modello Standard (MS) ad ampio spettro e ricerche di nuova fisica. Le particelle prodotte nelle interazioni o nei successivi decadimenti vengono ricostruite con rivelatori sviluppati in maniera specifica per le condizioni di presa dati ad LHC, in particolare l'elevata frequenza di collisioni e copiosa dose di radiazioni dovute a interazioni primarie e secondarie dei componenti dei fasci. Ulteriore elemento di grande rilievo della ricerca condotta ad LHC è rappresentato dall'importante indotto tecnologico, che coinvolge lo sviluppo di rivelatori, le tecniche di ricostruzione e analisi dei dati, comprese le componenti computazionali e l'integrazione di algoritmi di Machine Learning (ML). LHC è attualmente in fase di raccolta dati, detta Run-III, che si concluderà nel 2026, iniziando un periodo detto Long Shutdown III (LS3) che durerà fino al 2030. Nel LS3 sono previsti dei potenziamenti della macchina che ne aumenteranno la luminosità da 2 1035 a 5 1035 cm-2s-1. La prospettiva è di raccogliere 4 ab-1 di dati nella successiva fase chiamata High-Lumi LHC (HL-LHC). Nel LS3 gli esperimenti effettueranno degli upgrade ai rivelatori sia per migliorare le prestazioni che per fronteggiare le nuove condizioni di presa dati. Il Dipartimento di Fisica Ettore Pancini collabora con l'INFN e con il CERN sugli epserimenti Atlas, CMS e LHCb.

• Atlas: Sviluppo nel contesto del cosiddetto trigger di Livello 1, ovvero il sistema che esegue la prima scrematura degli eventi per ridurre il rate di lettura ad un livello sostenibile. Il gruppo effettua lavori di sviluppo per la configurazione del trigger e il software di controllo e monitoraggio. Muon System ed upgrade: il gruppo di ATLAS Napoli conta ruoli di massima responsabilità come quello del System Manager, e lavora sulle Resistive Plate Chambers (RPC) e sulle MicroMesh GAs detectors (MM). Gli RPC sono rivelatori di muoni robusti e con ottima risoluzione temporale, ordine di 2 ns, capaci di individuare con precisione l'istante della collisione ed assegnare univocamente un istante di bunch crossing dei muoni, e il gruppo di Napoli lavora agli studi di resistenza alle radiazioni della nuova elettronica per le camere da usare per HL-LHC. Le MM sono rivelatori rivelatori a gas di nuova generazione parte dell'upgrade di ATLAS, e progettate per resistere in regimi di elevate radiazioni per garantire prestazioni elevate anche durante HL-LHC. Napoli collabora alle operazioni della cosiddetta New Small Wheel, già in funzione e operativa negli ultimi anni. Progetto ITK: Il gruppo di Napoli collabora alla realizzazione del nuovo Inner Tracker che sfrutta tecnologie a semiconduttore per effettuare misure di alta precisione di particelle cariche, e che sarà operativo per HL-LHC. Attività di analisi: La scoperta del bosone di Higgs ha aperto la strada a nuovi campi di ricerca attraverso la misura delle sue proprietà e dei suoi accoppiamenti. Un ruolo particolarmente rilevante è rivestito dallo studio della produzione di coppie di bosoni di Higgs, poiché consente di esplorare i termini di autoaccoppiamento, estremamente sensibili all'eventuale presenza di nuova fisica oltre il MS. Una nuova branca di ricerca di nuova fisica prevede lo studio di cosiddette "anomalie", ovvero la ricerca di deviazioni dal MS in maniera il più indipendente possibile da un modello sottostante. Nuove tecnologie di ML sono state sviluppate per identificare jet adronici provenienti da decadimenti di nuove risonanze da eventuali fondi. Analisi Vector Boson Fusion (VBF) e Vector Boson Scattering (VBS): la produzione di coppie di bosoni vettori è un processo di grande interesse ad LHC, in quanto è sensibile a deviazioni di fisica oltre il MS, che possono essere individuate come risonanze reali oppure come deviazioni negli accoppiamenti previsti dal MS. Il gruppo di Napoli ha lavorato ad una tecnica per individuare (taggare) eventi di VBF mediante algoritmi ML, e lavora attivamente alle ricerche di VBS nella collaborazione. Attività di calcolo per il supporto alle analisi: Napoli gestisce un'infrastruttura di calcolo qualificata per la produzione ufficiale di simulazioni usate dalla collaborazione, un cosiddetto "Tier 2". Inoltre il gruppo fornisce attività di supporto per un High-Performing Computing cluster (HPC), che viene usato per analisi, sviluppo software, e applicazioni di ML. Napoli inoltre partecipa nello sviluppo di una nuova infrastruttura per il calcolo distribuito, capace di effettuare l'analisi in tempo reale distribuita in parallelo tra server diversi, che permette un'esecuzione rapida ed efficiente del lavoro, ed è sviluppata come possibile paradigma futuro per HL-LHC.
• CMS: Muon system ed upgrade: il gruppo CMS di Napoli è coinvolto nelle operazioni e nell'upgrade del sistema a muoni. RPC: il gruppo di Napoli è coinvolto negli studi di performance delle camere, per valutare la quantità di fondo e nell'upgrade delle camere con l'aggiunta di RPC di nuova generazione, dette iRPC. Ha ruoli di massima responsabilità nel management del progetto. Gaseous Electron Multiplier (GEM): le GEM sono parte dell'upgrade di CMS e hanno lo scopo di rivelare i muoni prodotti a piccolo angolo rispetto all'asse dei fasci. Un primo set di 144 GEM, è già stato installato negli scorsi anni e ha raccolto dati utili per gli studi di calibrazione e commissioning. Altre due stazioni saranno installate per HL-LHC. Il gruppo è coinvolto nella realizzazione, installazione e test di tutte le camere, e ha la responsabilità di realizzare il sistema di alta tensione che le alimenta, inclusa l'intera catena di produzione e distribuzione. E' coinvolto nello studio del rumore sulle camere, misurato direttamente o indirettamente tramite l'effetto sulle correnti che scorrono nulle GEM. A Napoli si è anche realizzato un picoamperometro multicanale, che è stato utilizzato nei test degli ultimi anni per valutare l'insorgenza di fenomeni di scarica, descrivendone il comportamento nel dettaglio con risoluzione dell'ordine delle decine di picoampere, e monitorare il funzionamento delle stesse una volta installate all'interno di CMS. Attività di analisi: Ricerche di nuove risonanze: numerosi modelli di nuova fisica prevedono la presenza di nuovi quark e bosoni pesanti, con masse dell'ordine dei TeV, quindi accessibili nelle collisioni di LHC. Il gruppo di Napoli lavora a ricerche di Vector-Like Quark (VLQ), fermioni ipotetici le cui componenti left e right-chirali interagiscono debolmente. Tali quark compaiono come conseguenza di numerosi modelli di fisica oltre il MS, dunque rappresentano una segnatura molto generale per le ricerche ad LHC. Il gruppo ha in particolare studiato la produizione di un singolo VLQ, indicato con T, che decade in una coppia composta da quark top e in un bosone Z, un bosone di Higgs o una particella interamente nuova di massa sconosciuta. Materia oscura: i collider adronici permettono di cercare candidati di materia oscura in canali alternativi agli esperimenti di cosiddetta ricerca diretta, cercando segnature con energia mancante prodotta in associazione a particelle del MS. Una specifica classe di modelli, i "simplified models", è usata come benchmark, e il gruppo ricerca canali con 1 o 2 quark pesanti addizionali nello stato finale. Il gruppo è impegnato nello sviluppo di algoritmi di ricostruzione ed identificazione di candidati quark top dai rispettivi prodotti di decadimento che fanno uso di tecniche di ML per migliorare la reiezione di possibili fondi. Tale lavoro e strumentale alle ricerche di nuova fisica in segnature ad alta energia o canali non risonanti. Fisica del quark top: Il quark top è la particella più pesante del MS, ed ha pertanto un rapporto privilegiato col bosone di Higgs e una posizione centrale in molti modelli di nuova fisica. Napoli studia le sue proprietà in processi elettrodeboli, in particolare gli acoppiamenti regolati dagli elementi di matrice Cabibbo Kobayashi Maskawa.
• LHCb: L'esperimento LHCb è progettato per misure di fisica del flavor, ed è situato in un punto di collisione a fasci di protoni asimmetrici, uno è ad energia massima, l'altro ad energia di iniezione di 450 GeV. L'esperimento permette di effettuare misure di altissima precisione di parametri del MS e potenziali contributi a loop successivi provenienti da fisica oltre il MS. L'upgrade e il programma di HL-LHC prevedono la possibilità realistica di osservare la violazione di CP nel settore del charm, e di misurare i parametri del triangolo di unitarietà a precisioni maggiori di tutti gli esperimenti condotti finora. Il gruppo di Napoli è coinvolto nella upgrade del sistema calorimetrico di LHCb, necessario per sostenere le elevate dosi di radiazioni di HL-LHC. L'attuale modello è un calorimetro a campionamento di tipo Shashlik complementato da una tecnologia SpaCal, dove fibre scintillanti sono inserite nel materiale assorbitore, installate durante il primo step di upgrade. Il secondo passo dell'upgrade, chiamato PicoCal, prevede un potenziamento di tale rivelatore, sostituendo le fibre SpaCal con nuovi materiali maggiormente resistenti alle radiazioni, sostituendo i moduli Shashlik a singola cella con moduli a cella multipla, sostituendo le fibre WLS con nuove a prestazioni migliori, e implementando una doppia lettura ai due estremi del modulo. I primi test sui prototipi di PicoCal prevedono una risoluzione di 10%/√E , e una risoluzione temporale di 15ns sia dei moduli SpaCal che Shashlik.

• Referente: Alberto Orso Maria Iorio (Prof. Associato Unina)
• Alberto Aloisio \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Mariagrazia Alviggi \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Vincenzo Canale \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Luca Lista \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Leonardo Merola \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Guido Russo \ PO \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Giovanni Acampora \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Massimo Della Pietra \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Alberto Orso Maria Iorio \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Paolo Massarotti \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Elvira Rossi \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Giulio Saracino \ PA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Luigi Cimmino \ Ricercatore TDB \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Autilia Vitiello \ Ricercatore TDB \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Pierluigi Casolaro \ Ricercatore TDA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Francesco Cirotto \ Ricercatore TDA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Roberto Schiattarella \ Ricercatore TDA \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Francesco Confortini \ PhD \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Antonio D'Avanzo \ PhD \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Carlo Di Fraia \ PhD \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Gianluca Sabella \ PhD \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Benedetta Argiento \ Borsista \ Università degli Studi di Napoli Federico II
• Buontempo Salvatore \ Dirigente di Ricerca \ INFN Napoli
• Carlino Gianpaolo \ Dirigente di Ricerca \ INFN Napoli
• Conventi Francesco Alessandro \ PA Università Parthenope di Napoli
• De Asmundis Riccardo \ Primo Ricercatore \ INFN Napoli
• Di Donato Camilla \ PA Università Parthenope di Napoli
• D'Onofrio Adelina \ Tecnologa \ INFN Napoli
• Doria Alessandra \ Prima Tecnologa \ INFN Napoli
• Fabozzi Francesco \ PA \ Università della Basilicata
• Iengo Paolo \ Primo Ricercatore \ INFN Napoli
• Izzo Vincenzo \ Primo Tecnologo \ INFN Napoli
• Mirra Marco \ Ricercatore \ INFN Napoli
• Paolucci P.aolucci \ Dirigente di Ricerca \ INFN Napoli
• Rossi Biagio \ Primo Ricercatore \ INFN Napoli
• Sekhniaidze Ghivi \ Ricercatore \ INFN Napoli
• Spisso Bernardino \ Tecnologo \ INFN Napoli
• Favilla Leonardo \ PhD \ Scuola Superiore Meridionale
• Salerno Fabrizio \ Borsista \ INFN

Lab. 2H23-24, Hangar, camera pulita CLEAN, centro di calcolo IBISCO INFN.

• ICSC National Research Centrefor High Performance Computing, Big Data and Quantum Computing; MIUR e Unione Europea - Next Generation EU
• Development of high performance heterostructured calorimeter for future intensity frontier experiments with kaon beams (HetCal); MIUR e Unione Europea - Next Generation EU
• Esperimento ATLAS; INFN, Commissione Scientifica Nazionale 1 (CSN1)
• Esperimento CMS; INFN, Commissione Scientifica Nazionale 1 (CSN1)
• Esperimento LHCb; INFN, Commissione Scientifica Nazionale 1 (CSN1)

• ICSC
• ATLAS
• CMS
• LHCb

L'attuale Modello Standard delle Interazioni Fondamentali è in grado di descrivere i costituenti elementari e le loro interazioni con un notevole grado di precisione e coerenza. Tuttavia, restano ignoti molti aspetti fondamentali, quali l'origine dell'organizzazione dei leptoni e dei quark in famiglie, il pattern osservato ma non compreso delle loro masse e dei mescolamenti dei quark e dei neutrini nell'interazione debole, l'asimmetria materia-antimateria dell'universo, l'eventuale esistenza di nuove particelle elementari e interazioni responsabili della materia oscura, solo per citare gli aspetti fenomenologici più evidenti. Nel settore della Fisica Sperimentale del Flavour si cercano possibili estensioni dell'attuale modello standard mediante misure di precisione di processi che coinvolgono particelle elementari dei diversi flavour conosciuti (6 quark, 3 leptoni carichi e i corrispondenti 3 neutrini). In questo settore svolgono un ruolo di primo piano le ricerche svolte con l'esperimento Belle II, in fase di presa dati presso il collisionatore e+ e- SuperKEKB nei laboratori KEK, a Tsukuba (Giappone). Belle II, raccoglie e studia ampi campioni sperimentali di beauty, charm e leptoni tau ed eventuali nuove particelle del settore oscuro o nascosto. Il gruppo di Napoli partecipa dal 2013 all'esperimento Belle II, avendo ricoperto nel tempo numerosi ruoli di responsabilità. Il gruppo contribuisce alle attività del sottosistema Calorimetro Elettromagnetico, basato su cristalli di CsI(Tl) e di cui ha costruito e installato un sistema di monitoring dei parametri ambientali. Ha contribuito allo sviluppo del software di digitizzazione dell'energia rilasciata nel calorimentro e la ricostruzione dei cluster calorimetrici. Inoltre, partecipa alle operations sul rivelatore e alle misure di performance dell'identificazione dei fotoni e dei pioni neutri. Partecipa agli studi di upgrade del Calorimetro Elettromagnetico di Belle II, nella progettazione di una nuova elettronica di lettura degli attuali sensori (PIN diodes) e in attività di studio di opzioni di upgrade a lungo termine che prevedono la sostituzione dei sensori con più avanzate tecnologie basate su Silicon Photo-Multipliers. Nel settore della calorimetria elettromagnetica collabora ad attività di R&D per calorimetri di nuova generazione in collaborazione con i ricercatori della Sezione di Fisica Subnucleare attivi negli esperimenti NA62, Atlas e CMS. Il gruppo di Napoli ha contribuito alle misure degli effetti dei fondi di radiazione del fascio e sull'elettronica di front-end. Nel calcolo distribuito, contribuisce all'elaborazione dei dati mediante le risorse del data center di Napoli IBISCO con responsabilità di coordinamento del Computing dell'intero esperimento. Nell'analisi dei dati sperimentali il gruppo di Napoli ha la responsabilità di determinare il numero di mesoni B raccolti, input per la maggior parte delle misure dell'esperimento, e un ruolo di primo piano nelle ricerche nel settore oscuro e nei decadimenti leptonici e semileptonici del mesone B. L'esperimento NA62 presso il SuperProtoSincrotrone (SPS) del CERN studia i decadimenti dei mesoni K prodotti nelle interazioni di un fascio di protoni estratto dal SPS e fatto collidere su un bersaglio di berillio. L'esperimento ha come principale obiettivo la misura di precisione del rarissimo decadimento K+->pi+ nu antinu. Si tratta di un processo in cui il flavor dell'adrone cambia senza essere accompagnato da un cambiamento di carica (processo di corrente neutra con cambiamento di sapore) e nel Modello Standard questo può avvenire solo attraverso meccanismi che prevedono lo scambio di più di un mediatore (diagrammi a box e a pinguino). Nel caso particolare di NA62 questi diagrammi sono dominati dallo scambio vituale di quark top e sono quindi particolarmente soppressi per effetto del piccolo mescolamento fra la prima e terza famiglia di quark; questo fa sì che il decadimento abbia una frazione di decadimento attesa di circa 8*10^-11. L'elevata precisione con cui questo valore è previsto nel Modello Standard lo rende particolarmente adatto a cercare possibili nuovi effetti, oltre il Modello Standard, che potrebbero modificare tale valore: in effetti in numerose estensioni comprendenti nuova fisica il valore di tale frazione di decadimento risulta significativamente modificato. Il flusso estremamente intenso di mesoni K prodotti e studiati a NA62 permette un ampio programma di fisica che include misure di precisione e studio di decadimenti rari e/o proibiti. Utilizzando in periodi dedicati di presa dati i collimatori dell'esperimento come bersaglio spesso ("beam dump") NA62 è in grado di effettuare ricerche di particelle esotiche leggere e molto debolmente interagenti ("feebly interacting particles", FIPS) che sono potenziali candidati per la materia oscura. Il gruppo di Napoli in NA62 è presente fin dalla proposta al CERN ed è coinvolto con ruoli centrali nella gestione dell'esperimento, nell'analisi dati e nell'apparato di rivelazione (CHANTI, LAV).

• Referente: Guglielmo De Nardo (Professore Ordinario UNINA)
• Alberto ALOISIO - Professore Ordinario Univ. di Napoli Federico II
• Fabio AMBROSINO - Professore Ordinario Univ. di Napoli Federico II
• Marcello CAMPAJOLA - Ricercatore a Tempo Determinato A Univ. di Napoli Federico II
• Giovanni GAUDINO - PhD Scuola Superiore Meridionale
• Raffaele GIORDANO - Professore Associato Univ. di Napoli Federico II
• Mario MEROLA Professore Associato Univ. di Napoli Federico II
• Ilaria ROSA - PhD Scuola Superiore Meridionale
• Guido RUSSO - Professore Ordinario in quiescenza con contratto ricerca Univ. di Napoli Federico II
• Giulio SARACINO - Professore Associato Univ. di Napoli Federico II
• Marco FRANCESCONI - Ricercatore INFN
• Marco MIRRA - Ricercatore INFN
• Silvio PARDI - Primo Tecnologo INFN

• Belle II: Laboratorio informatico HEAVY QUARK PHYSICS 2H21 condivisione laboratorio leggero 2H23 con gruppi sperimentali di CMS, ATLAS e FCC. L'infrastruttura di calcolo distribuito IBISCO costituisce un TIER2 per il calcolo distribuito su GRID per la collaborazione internazionale Belle II con circa 3000 core pledged , 2 PB di spazio disco dedicato e connessione a 100 Gbit/s su rete GARR
• NA62: Laboratorio NA62 2H25

• Horizon Europe Marie Skłodowska-Curie Action "Japan and Europe Network for Neutrino and Intensity Frontier Experimental Research" (JENNIFER3) 01/01/2025 – 31/12/2028 (Responsabile locale Prof. G. De Nardo)
• PRIN Bando 2022 "Development of high performance heterostructured calorimeter for future intensity frontier experiments with kaon beams (HetCal)"

Il neutrino è una delle particelle fondamentali più misteriose e affascinanti: privo di carica elettrica, con massa piccolissima e debolissime interazioni con la materia, è capace di attraversare enormi spessori di materiale senza lasciare traccia. Comprendere il comportamento dei neutrini è oggi una delle sfide più importanti della fisica delle particelle, sia per la possibilità di esplorare fenomeni ancora sconosciuti, sia per le connessioni profonde con l'origine dell'universo, la materia oscura e la violazione della simmetria materia-antimateria. Il Dipartimento di Fisica è coinvolto in modo significativo in diversi progetti sperimentali di frontiera nel campo della fisica del neutrino da acceleratore, ovvero quella branca della fisica che utilizza fasci di neutrini prodotti artificialmente in impianti ad alta energia. In particolare, i gruppi di ricerca del Dipartimento partecipano attivamente a tre esperimenti di rilievo internazionale:

- SND@LHC, il primo rivelatore di neutrini installato lungo il Large Hadron Collider del CERN, operativo dal 2022;

- SHiP, un esperimento recentemente approvato al CERN, dedicato alla ricerca di particelle del settore nascosto e allo studio delle interazioni dei neutrini;

- DUNE, un esperimento di oscillazione a lunga distanza con rivelatore ad argon liquido negli Stati Uniti, che consentirà di effettuare misure di precisione dei parametri delle oscillazioni di neutrino.

L'esperimento SND@LHC (Scattering and Neutrino Detector at the LHC) nasce con l'ambizioso obiettivo di rivelare per la prima volta i neutrini prodotti nelle collisioni protone-protone del Large Hadron Collider. A differenza dei tradizionali esperimenti su neutrini da acceleratore, che utilizzano fasci creati intenzionalmente, SND@LHC sfrutta i neutrini generati naturalmente nei processi adronici del LHC, in particolare quelli prodotti nella regione forward, ovvero a piccoli angoli rispetto alla direzione del fascio. Questi neutrini hanno energie molto elevate (centinaia di GeV fino al TeV) e provengono in gran parte dai decadimenti di mesoni pesanti (con contenuto di quark charm e beauty), rendendo possibile lo studio di interazioni di neutrini di tutti i sapori - inclusi i neutrini tau - a queste energie. Il rivelatore è collocato nel tunnel TI18, circa 480 metri a valle del punto di interazione IP1 di LHC (dove si trova ATLAS). Il rivelatore, compatto e modulare, è composto da un bersaglio attivo costituito da strati di tungsteno alternati con emulsioni nucleari ad alta risoluzione spaziale, capaci di ricostruire le interazioni di neutrino con un'accuratezza inferiore al micrometro, un sistema elettronico di tracciamento e calorimetria per la misura dell'energia elettromagnetica e adronica, un rivelatore a muoni per identificare le interazioni di corrente carica dei neutrini muonici. Il Dipartimento di Fisica partecipa attivamente a questo progetto, coordinando la collaborazione internazionale e le attività legate al bersaglio di emulsioni nucleari: dall'installazione, alla scansione con microscopi completamente automatici, fino alla ricostruzione degli eventi e all'analisi topologica e cinematica. SND@LHC ha iniziato a raccogliere dati durante il Run 3 del LHC (2022–2026). I primi risultati sperimentali hanno mostrato l'evidenza di interazioni di neutrino muonico e di neutrini senza muone nello stato finale, aprendo una nuova era degli studi dei neutrini da collisori di particelle di altissima energia. L'esperimento fornisce dati preziosi non solo per la fisica del neutrino, ma anche per la calibrazione dei modelli di produzione adronica, fondamentali per la comprensione dei flussi di neutrini in ambienti astrofisici ed atmosferici. In vista della fase High-Luminosity del LHC, è previsto un potenziamento dell'apparato sperimentale SND@LHC per sostenere l'elevata luminosità, che prevede l'introduzione di nuovi rivelatori traccianti a silicio in sostituzione delle emulsioni nucleari e l'inserimento di un magnete, con l'obiettivo di distinguere neutrini da antineutrini. L'esperimento realizzerà per la prima volta la misura contemporanea del neutrino e del suo progenitore.

SHiP (Search for Hidden Particles) è un esperimento recentemente approvato al CERN, con l'obiettivo di esplorare la fisica oltre il Modello Standard, in particolare quella connessa al cosiddetto Settore Nascosto. Questo settore comprende un insieme di particelle ipotetiche, neutrali e debolmente interagenti, che potrebbero spiegare numerosi misteri aperti: dalla materia oscura alla generazione della massa dei neutrini, fino all'asimmetria materia-antimateria. Il progetto prevede l'utilizzo di un fascio di protoni ad alta intensità (fino a 6x1020 protoni su target in quindici anni), prodotto dal Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN. I protoni collidono su un bersaglio denso, generando grandi quantità di mesoni pesanti (soprattutto charm e beauty), che a loro volta possono decadere in neutrini - tra questi, neutrini tau - e in eventuali nuove particelle a vita media lunga. L'apparato sperimentale di SHiP è progettato in modo modulare e innovativo, e comprende un bersaglio per ottimizzare la produzione di mesoni pesanti, un sistema di magneti per deflettere il flusso di muoni, un rivelatore per neutrini, progettato per identificare eventi di interazione dei neutrini tau con alta precisione, un grande volume di decadimento per intercettare eventuali nuove particelle instabili, sistemi di tracciamento, identificazione e misura del tempo ad alta risoluzione. Uno degli obiettivi chiave di SHiP è di effettuare studi di fisica del neutrino, e in particolare del neutrino tau, con una statistica mai raggiunta prima. Questi dati permetteranno di misurare la sezione d'urto dei neutrini tau, di testare le predizioni del Modello Standard in condizioni nuove, e di esplorare possibili anomalie. Il Dipartimento di Fisica è fortemente coinvolto nella collaborazione SHiP sin dalla prima proposta nel 2013, con la responsabilità di coordinare la progettazione, lo sviluppo tecnologico e la realizzazione del rivelatore per neutrini, così come gli studi di simulazione per la rivelazione dei neutrini e lo studio di strategie per la soppressione del fondo.

L'esperimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) è un progetto scientifico internazionale all'avanguardia nel campo della ricerca delle proprietà dei neutrini. Le scoperte degli ultimi cinquant'anni hanno messo i neutrini, quali particelle di materia più abbondanti dell'Universo, al centro dell'attenzione per ulteriori ricerche su diverse domande fondamentali riguardanti la natura della materia e l'evoluzione dell'universo, a cui il progetto DUNE cercherà di rispondere. L'esperimento DUNE sarà composto principalmente da due rivelatori di neutrini, contenenti argon liquido, posizionati sul fascio di neutrini più intenso del mondo, generato presso il Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL) a Batavia, Illinois - USA. Un rivelatore (Near Detector) ubicato al FNAL registrerà le interazioni delle particelle vicino alla sorgente del fascio. Un secondo rivelatore (Far Detector), molto più grande (4 moduli da 17000 tonnellate ciascuno di argon liquido), sarà installato a più di un chilometro di profondità presso il Sanford Underground Research Laboratory in South Dakota a 1.300 chilometri di distanza dalla sorgente. Questi rivelatori permetteranno agli scienziati di cercare nuovi fenomeni subatomici e potrebbero trasformare l'attuale comprensione dei neutrini e del loro ruolo nell'universo. Il principio di rivelazione nell'esperimento DUNE si basa sulla tecnologia della camera a proiezione temporale ad argon liquido, che consente la ricostruzione tridimensionale in tempo reale degli eventi interagenti nel volume attivo di argon liquido e la misura della loro energia. Questo è possibile grazie alla raccolta sia degli elettroni che dei fotoni di scintillazione prodotti a seguito delle interazioni di neutrino. Il segnale luminoso, in particolare, è fondamentale per determinare l'istante in cui avvengono le interazioni sia per i neutrini presenti nel fascio, sia per quelli generati da altre sorgenti astrofisiche quali neutrini solari, neutrini atmosferici e neutrini da Supernovae. Per sfruttare appieno il segnale luminoso, DUNE sarà dotato di un Sistema di Rilevazione dei fotoni VUV prodotti dalla scintillazione in argon liquido (Photon Detection System - PDS). L'elemento principale del PDS è un dispositivo innovativo chiamato X-Arapuca, una trappola di luce che rileva i fotoni di scintillazione utilizzando fotomoltiplicatori al silicio (SiPM). Attualmente l'esperimento DUNE sta entrando nella fase di costruzione dei primi due moduli del Far Detectors. Due rivelatori prototipo (ProtoDUNE) per il Far Detector si trovano presso il centro di ricerca europeo del CERN presso l'infrastruttura denominata Neutrino Platform. Il primo rivelatore è già stato messo in funzione e ha raccolto dati da marzo a settembre 2024, mentre il secondo sistema sperimentale inizierà la presa dati da giugno 2025. Il gruppo DUNE di Napoli è coinvolto nello studio delle prestazioni del Sistema di Rilevazione dei Fotoni, attraverso la realizzazione di test criogenici volti a caratterizzare il comportamento del rivelatore X-Arapuca ed è impegnato in alcune operazioni per la costruzione del Far Detector. In particolare, si occuperà della deposizione del convertitore di lunghezze d'onda (wavelength-shifter - WLS) sulle finestre ottiche di ingresso dei fotoni del rivelatore X-Arapuca. A tal fine, il gruppo DUNE di Napoli ha allestito un laboratorio dotato di un sistema di evaporazione specificamente dedicato alla deposizione dei WLS, oltre che delle attrezzature necessarie per effettuare i test di qualità sulle finestre trattate, prima della loro spedizione al sito di installazione in South Dakota. Inoltre, il gruppo è anche impegnato nella progettazione di un innovativo sistema PDS per la Fase II dell'esperimento DUNE e nello sviluppo di prototipi funzionali per dimostrare la validità del concetto proposto e la caratterizzazione di fotomoltiplicatori al silicio di nuova generazione operanti in condizioni criogeniche.

• Referente: Antonia DI CRESCENZO (Professore Associato UNINA)
• Giovanni Acampora \ PO \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Andrey Alexandrov \ Ricercatore \ INFN
• Fabio Alicante \ PhD \ Scuola Superiore Meridionale e INFN
• Nayana Bangaru \ PhD \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Alcide Bertocco \ Ingegnere meccanico \ INFN
• Salvatore Buontempo \ Dirigente di ricerca \ INFN
• Vincenzo Boccia \ PhD \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Gabriel Botogoske \ PhD \ Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università degli Studi di Padova e INFN
• Vincenzo Canale \ PO \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Nicola Canci \ Tecnico \ INFN
• Daniele Centanni \ Post-Doc \ INFN
• Riccardo De Asmundis \ Primo Ricercatore \ INFN
• Giovanni De Lellis \ PO \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Francesco Di Capua \ PA \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Antonia Di Crescenzo \ PA \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Antonio Iuliano \ Riceratore \ INFN
• Giarita Ferraro \ Ricercatrice \ Dipartimento di Chimica dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Giuliana Fiorillo \ PO \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Adele Lauria \ PA \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Oliver Lantwin \ Post-Doc \ INFN
• Antonello Merlino \ PO \ Dipartimento di Chimica dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Maria Cristina Montesi \ PA \ Dipartimento di Chimica dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Daria Morozova \ PhD \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Natalia Polukhina \ Visiting Researcher \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Zhakypbek Sadykov \ Post-Doc \ INFN
• Elena Sarnelli \ Ricercatrice \ SPIN-CNR
• Givi Sekhniaidze \ Tecnologo \ INFN
• Tatiana Shchedrina \ Visiting Researcher \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Francesco Tramontano \ PA \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Valeri Tioukov \ Primo Ricercatore \ INFN
• Autilia Vitiello \ Ricercatore \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Eda Yaman \ PhD \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Ceren Yazici \ PhD \ Dipartimento di Fisica "E. Pancini" dell'Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN

• Esperimento SND@LHC; INFN
• Progetto SND@HL-LHC; MUR-PRIN2022
• Progetto SHiP; Università degli Studi di Napoli "Federico II" e INFN
• Esperimento DUNE; INFN

• Progetto DUNE
• Esperimento Neutrino CERN
• SND-LHC Experiment
• SHIP Experiment

Le attività di fisica applicata riconducibili alla sezione subnucleare sono 6 e hanno come tematiche:

• 1) Sviluppo e caratterizzazione di biosensori e rivelatori di radiazioni. L'attività del gruppo si incentra sullo studio e caratterizzazione sensori, biosensori e rivelatori di radiazione basati su materiali tradizionali e innovativi. Tale attività si inserisce nel contesto della Infrastruttura di Ricerca PRP@CERIC, a cui partecipa la Task Force di Bioelettronica della Federico II, coordinata da Alberto Aloisio. A tal fine, è stato messo a punto un laboratorio di misure di Spettroscopia d'Impedenza (SI) e rumore a bassa frequenza. La SI è una tecnica multidisciplinare che consente lo studio di processi fisici ed elettrochimici fondamentali, come la diffusione, generazione e ricombinazione di carica e reazioni di trasferimento di carica. Per la caratterizzazione di fotodiodi e sensori sensibili alla luce, vengono effettuate misure di quantum efficiency, responsività e sensitività. Le metodologie di caratterizzazione sviluppate nell'ambito di quest'attività sono inoltre impiegate per lo studio degli effetti della radiazione sulle prestazioni di componenti elettronici e sensori, tra cui diodi, fotodiodi al silicio, dispositivi in tecnologia CMOS e BiCMOS e componenti elettronici integrati di interesse per l'esperimento ATLAS.
• 2) Sviluppo e caratterizzazione di foto-transistors organici. L'attività riguarda la progettazione, realizzazione e caratterizzazione di foto-transistor organici (OFET) su supporti flessibili per la rivelazione diretta nel NearUV-Vis. Sono studiate le caratteristiche e la dinamica dei fenomeni di foto-conversione in funzione dell'irradianza e della lunghezza d'onda della radiazione incidente. Per tali fotosensori viene inoltre sviluppata l'intera catena elettronica di preamplificazione a basso rumore per applicazioni in sistemi di trasmissione dati in free-air (Visual Light Communication). I fotosensori sono inoltre applicati a studi di bioluminescenza di origine organica.
• 3) ASPIDES: Sviluppo di fotorivelatori innovativi con sensibilità al singolo fotone e con elettronica di lettura integrata. Il progetto ASPIDES è dedicato allo sviluppo di fotorivelatori innovativi con sensibilità al singolo fotone e con elettronica di lettura integrata. I dispositivi in fase di sviluppo, chiamati Silicon Photomultipliers digitali (dSiPM), si basano su matrici di Single-Photon Avalanche Diodes (SPAD) realizzate in tecnologia CMOS e rappresentano un'evoluzione rispetto ai fotomoltiplicatori al silicio analogici (SiPM), superandoli in termini di risoluzione temporale, integrazione e scalabilità. L'obiettivo principale è la progettazione e realizzazione di dimostratori di dSiPM in grado di contare i fotoni incidenti e misurarne con precisione il tempo di arrivo, realizzando dispositivi compatti, e ad alte prestazioni. Le applicazioni previste riguardano principalmente la fisica delle alte energie, in particolare la rivelazione della luce ottica in calorimetri dual-readout, nonché esperimenti su neutrini e materia oscura. Le attività di ricerca comprendono la progettazione e la simulazione del funzionamento del dispositivo, lo sviluppo di sistemi di test e acquisizione per la caratterizzazione delle prestazioni dei dSiPM e la validazione in condizioni operative realistiche. Il gruppo di Napoli ha un ruolo centrale nello studio degli effetti della radiazione sulle prestazioni dei dSiPM, effettuati attraverso campagne di irraggiamento con fasci di particelle. Inoltre, si occupa della caratterizzazione dei dispositivi in condizioni criogeniche, grazie alla disponibilità di infrastrutture per il raffreddamento con azoto liquido. I dispositivi sviluppati trovano applicazione in diversi contesti sperimentali, tra cui la calorimetria, come ad esempio nella proposta di calorimetro adronico a fibre per il Future Circular Collider (FCC) al CERN, e in R&D per esperimenti di neutrini e materia oscura presso il Fermilab e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
• 4) Ricerca e sviluppo di elettronica riconfigurabile per sistemi di trigger e acquisizione dati in esperimenti di fisica delle alte energie. Il gruppo afferente al laboratorio di elettronica riconfigurabile svolge attività di ricerca e sviluppo nell'ambito della strumentazione per esperimenti di fisica delle alte energie (HEP), con particolare attenzione a sistemi tolleranti alla radiazione e a soluzioni hardware ottimizzate per l'intelligenza artificiale. Le attività includono lo sviluppo di sistemi di trigger analogico a bassa latenza e basso consumo, basati su tecnologie memristive per l'implementazione di reti neurali artificiali dedicate all'elaborazione in tempo reale dei segnali su rivelatore (on-detector). Parallelamente, il gruppo sviluppa sistemi riconfigurabili "beyond-CMOS" mixed-signal, che integrano crossbar di elementi di calcolo a conduttanza programmabile, in grado di eseguire calcoli analogici in memoria, con dispositivi digitali Field-Programmable Gate Arrays (FPGA). Un'ulteriore linea di attività riguarda la progettazione e caratterizzazione di sensori di radiazione embedded in FPGA, capaci di rilevare protoni e neutroni ad alta energia (>20 MeV) e neutroni termici. Questi dispositivi affrontano le sfide legate alla vulnerabilità degli FPGA SRAM-based in ambienti ostili e sono stati validati tramite campagne di irraggiamento con protoni e neutroni.Le soluzioni sviluppate trovano applicazione in esperimenti presso il laboratorio KEK (Tsukuba, Giappone) e al CERN (Ginevra, Svizzera). Il gruppo ha collaborazioni attive con l'INFN, Sezioni di Napoli e Roma, Trento Institute for Fundamental Physics and Applications e con lo Jozef Stefan Institute di Lubiana (Slovenia).
• 5) Studio della frammentazione di fasci adronici in adroterapia e radioprotezione nello spazio. Il nostro gruppo conduce da anni un'attività di ricerca nel campo della fisica medica, con un focus specifico sull'applicazione di tecnologie e metodologie derivate dall'uso dei rivelatori a emulsioni nucleari nel contesto delle terapie oncologiche con fasci adronici. In questo ambito, l'attività principale è rappresentata dalla partecipazione all'esperimento FOOT (FragmentatiOn Of Target), finanziato dall'INFN dal 2017. L'obiettivo dell'esperimento è la misura delle sezioni d'urto di frammentazione nucleare in collisioni tra protoni del fascio adronico e nuclei bersaglio, in un intervallo energetico compreso tra 150 e 400 MeV/n, rilevante per l'adroterapia.Le attività di ricerca condotte nell'ambito di FOOT si integrano con quelle svolte nell'ambito del progetto DAMON (Direct meAsureMent of target fragmentatiON), finanziato nell'ambito del PRIN 2022, il cui scopo è la misura dei frammenti prodotti dai protoni in una geomentria di cinematica diretta. Questo è possible grazie all'utilizzo di un nuovo tipo di emulsion nucleari, le NIT (Nano-Imaging Trackers), originariamnte realizzate per la ricercar di materia oscura, caratterizzate da risoluzione spaziale dell'ordine dei nm. Nel nostro gruppo, grazie ad una forte collaborazione con I colleghi giapponesi dell'univeristà di Nagoya, abbiamo sviluppato una competenza nella produzione, realizzazione ed analisi di questi rivelatori. Le emulsioni sono state già utilizzate per una campagna di misure presso il centro radioterapico del CNAO e sono attualmente in fase di analisi. Le nostre attività si svolgono principalmente presso il Dipartimento di Fisica, dove vi è una Camera Oscura dedicata agli sviluppi delle emulsioni, un laboratorio con i microscopi per le scansioni automatiche. Alcune attività relative alla realizzazione dei rivelatori ad emulsione nucleari son state svolte presso il CERN (Ginevra, Svizzera). Il gruppo ha collaborazioni attive con l'INFN, Sezioni di Napoli, Bari, Bologna, LNGS, Milano, Pisa, Roma, Torino e Trento. Inoltre, collaboriamo strettamente con i ricercatori dell'Università di Toho e di Nagoya (Giappone). Abbiamo realizzato campagne di misure presso i centri di adroterapia di LNS, Pavia, Trento e presso il GSI (Darmstadt).
• 6) Radiografia muonica con rivelatori elettronici. La radiografia muonica è una tecnica di imaging che permette di studiare la struttura interna di grossi corpi opachi attraverso la misura del flusso di muoni di origine cosmica. Essa sfrutta la capacità dei muoni di alta energia di attraversare spessori di roccia molto spessi e quindi, in maniera analoga a quanto avviene con la radiografia a raggi X, permette di misurare la distribuzione della densità di massa media all'interno del sottosuolo o di grosse strutture, evidenziandone eventuali discontinuità dovute, ad esempio, alla presenza di cavità. Alcuni tra i campi di applicazione riguardano lo studio dei vulcani, il rivelamento di cavità sotterranee, la misura dello spessore dei ghiacciai, la ricerca mineraria ed altro ancora. La nostra attività di ricerca , con una storia più che decennale, è focalizzata sulla radiografia muonica con rivelatori elettronici e si occupa della progettazione e realizzazione di tracciatori di muoni, della loro installazione sui siti e dell'analisi dei dati. Il nostro gruppo ha realizzato e gestito un osservatorio di muoni presso il Mt Vesuvio, attraverso il progetto MURAVES, nato come collaborazione con l'INFN, l'INGV-Osservatorio Vesuviano, e poi esteso alle università belghe UCL e Ghent. Tra le nostre attività più recenti vi sono inoltre quelle effettuate presso "Napoli Sotterranea-Galleria Borbonica", presso l'altoforno della ArcelorMittal in Brema (Progetto europeo BLEMAB) e attualmente stiamo acquisendo dati presso la miniera di sale di Realmonte in Sicilia per lo studio di cavità idonee allo stoccaggio di idrogeno (progetto PRIN_PNRR). Durante il nostro percorso scientifico abbiamo realizzato diversi rivelatori planari e un rivelatore cilindrico, idoneo alla misura in pozzo, che è stato brevettato. Nel 2022 abbiamo realizzato, in collaborazione col la SPA TECNO-IN, specializzata in geotecnica, e STRESS scarl, la start-up universitaria MuonX ( www.muonx.com). Da poco è stato siglato un accordo di collaborazione scientifica con l'istituto di ricerca cinese Frontier Science Centre for Rare Isotopes, dell'università di Lanzhou.

• Prof. Alberto Aloisio - Referente (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Alessandro Pezzella (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Pierluigi Casolaro (RTDA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Luca Basta (Assegnista, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Arbab Imtiaz (Dottoranda del Dottorato nazionale in Tecnologie per la ricerca fondamentale in Fisica e Astrofisica, Università di Padova)

• Prof. Alberto Aloisio - Referente (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Luigi Esposito (Dipartimento di Veterinaria-UniNA)
• Prof.ssa Alessandra Pelagalli (Dipartimento di Scienze Biomediche Avanzate-UniNA)
• Dr. Ettore Sarnelli (CNR-SPIN)
• Dr. Vincenzo Izzo (INFN-Napoli)
• Dr. Pierluigi Casolaro (RTDA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Arbab Imtiaz (Dottoranda del Dottorato nazionale in Tecnologie per la ricerca fondamentale in Fisica e Astrofisica, Università di Padova)

• Dr. M. Campajola RTD - Referente (Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. G. De Nardo (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. F. Di Capua (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof.ssa G. Fiorillo (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. E. Sarnelli ( SPIN-CNR, Napoli,)

• Prof. R. Giordano (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. A. Boiano (Tecnico INFN Sezione di Napoli)
• Dr. L. Cimmino (RTD Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. F. Conventi (Prof. Associato,Università degli Studi di Napoli Parthenope)
• Prof. G. De Rosa (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. A. Di Nola (Dottorando Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. V. Izzo ( Ricercatore INFN Sezione di Napoli)
• Prof.ssa E. Rossi (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. J. Tariq (Dottorando Dipartimento di Fisica-UniNA)

• Prof. A. Lauria - Referente (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. A. Alexandrov ( Ricercatore INFN Sezione di Napoli)
• Dr. V. Boccia (Dottorando Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. G. de Lellis (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. A. di Crescenzo (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. A. Iuliano ( Ricercatore INFN Sezione di Napoli)
• Dr. M.C. Montesi (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. V. Tioukov ( Ricercatore INFN Sezione di Napoli)

• Prof. Giulio Saracino (Prof. Associato, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Fabio Ambrosino (Prof. Ordinario, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Luigi Cimmino UNINA (RTD Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Marco Mirra INFN ( Ricercatore INFN Sezione di Napoli)
• Dr. Carla Aramo INFN ( Dirigente di ricerca INFN Sezione di Napoli)
• Dr. Ishan Darshana (Postdoc Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr Gabor Nyitrai postdoc (Postdoc Dipartimento di Fisica-UniNA)

• Sviluppo e caratterizzazione di biosensori e rivelatori di radiazioni: Pathogen Readiness Platform for CERIC-ERIC upgrade (PRP@CERIC), finanziato dall'Unione Europea attraverso il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR), parte di Next Generation EU, nell'ambito della Missione 4 "Istruzione e ricerca", Componente 2 "Dalla Ricerca all'Impresa", Linea di Investimento 3.1 "Fondo per la realizzazione di un sistema integrato di infrastrutture di ricerca e innovazione".
• Sviluppo e caratterizzazione di foto-transistors organici: PRIN PNRR 2022 OPTICS
• ASPIDES: Sviluppo di fotorivelatori innovativi con sensibilità al singolo fotone e con elettronica di lettura integrata: Il progetto è finanziato dalla CSN5 dell'INFN per il triennio 2025-2027
• Ricerca e sviluppo di elettronica riconfigurabile per sistemi di trigger e acquisizione dati in esperimenti di fisica delle alte energie: Esperimento "MEMPHYS – MEMristive-CMOS Hybrid Electronics for Experimental PHYSics" finanziato dalla CSN5 dell'INFN per circa 150 kEUR in tre anni (stimato dal 2025 al 2027) - Progetto PRIN2022 "BEyond-CMOS Systems for Fast Machine Learning in Physics" finanziato dal MUR – 200k EUR in 2 anni (2024-2025).
• Studio della frammentazione di fasci adronici in adroterapia e radioprotezione nello spazio: Esperimento FOOT finanziato dalla CSN3 dell'INFN (per circa 280 kEUR nel periodo 2017-2025 e stimato 30 kEUR nel periodo 2026-2027) - Progetto PRIN2022 "DAMON" finanziato dal MUR – 16.741,00 EUR in 2 anni (2024-2025)
• Radiografia muonica con rivelatori elettronici: PRIN_PNRR 2022 "Characterization and imaging by muon radiography of subsurface salt cavities suitable for green hydrogen storage. Feasibility studies and experimental test"

La sezione di Fisica Subnucleare è coinvolta in diverse attività di ricerca e sviluppo, sia nell'ambito della progettazione dei rivelatori necessari per i futuri esperimenti, sia nella definizione di alcuni componenti degli acceleratori. Questi sforzi si inseriscono nel contesto delle nuove proposte per i grandi esperimenti della prossima generazione. In particolare, le attività si concentrano sul progetto Future Circular Collider (FCC), una iniziativa internazionale promossa dal CERN per esplorare la prossima generazione di acceleratori di particelle. L'obiettivo è realizzare un collider di dimensioni e energie senza precedenti, in grado di approfondire la nostra comprensione dell'universo oltre quanto possibile con l'attuale Large Hadron Collider (LHC). FCC prevede la realizzazione di un nuovo tunnel di circa 91 km, che in una prima fase è destinato ad ospitare un collisore elettroni-positroni ad altissima luminosità (FCC-ee), in grado di operare a diverse energie: alla soglia di produzione del bosone Z, al picco di produzione di Higgs tramite il processo ZH e fino alla soglia per la produzione di coppie top-antitop. FCC-ee sarà una Higgs factory, cioè una macchina in grado di produrre milioni di bosoni di Higgs in un ambiente sperimentale "pulito". Grazie a queste caratteristiche, FCC-ee sarà la piattaforma ideale per la fisica di precisione, consentendo lo studio dettagliato dei decadimenti del bosone di Higgs e delle sue interazioni con i bosoni W e Z, con i quark, con i leptoni e con sé stesso, aspetto cruciale per la comprensione del Modello Standard. In una fase successiva, il collisore leptonico verrebbe sostituito da un collisore protone-protone con un'energia nel centro di massa superiore a 100 TeV, per lo studio di nuova fisica alla frontiera dell'energia. Il progetto FCC rappresenta una sfida tecnologica, scientifica e ingegneristica, con implicazioni cruciali per la Fisica fondamentale, la tecnologia dei rivelatori e l'innovazione industriale. Diverse sono le attività di ricerca e sviluppo in corso per progettare le componenti essenziali del futuro acceleratore e dei suoi esperimenti. Di seguito diamo una descrizione delle attività che coinvolgono la sezione di Fisica Subnucleare.

Calorimetro omogeneo a doppio readout: Il gruppo è coinvolto nello sviluppo del calorimetro elettromagnetico del rivelatore IDEA (Innovative Detector for Electron-positron Accelerator) per FCC-ee. Le attività si concentrano in particolare sulla studio di fattibilità e la prototipazione del calorimetro a cristalli a doppio readout, pensato per ottenere una risoluzione energetica elettromagnetica migliore di 3%√E, garantendo una risoluzione adronica di circa 30%√E quando integrato con il calorimetro adronico con doppio readout basato su fibre. Rispetto ai calorimetri elettromagnetici omogenei esistenti, il calorimetro IDEA si distingue per la maggiore granularità trasversa e la segmentazione longitudinale, elementi essenziali per l'identificazione delle particelle e la ricostruzione globale degli eventi tramite la tecnica particle flow, nonché per la doppia lettura della radiazione Cherenkov e di scintillazione necessaria per garantire risoluzioni adroniche ottimali. Le attività del gruppo comprendono lo studio e l'ottimizzazione delle scelte tecnologiche relative ai cristalli scintillatori, ai fotorivelatori al silicio (SiPM) e ai filtri ottici, fino alla costruzione e al test di un prototipo di calorimetro mediante campagne di test beam presso il CERN. In tali contesti, vengono utilizzati fasci di particelle controllati per raccogliere dati sperimentali fondamentali alla validazione del design del rivelatore. Parallelamente, il gruppo conduce simulazioni Monte Carlo basate su Geant4, con l'obiettivo di modellare con accuratezza la risposta del rivelatore in condizioni realistiche. Queste simulazioni sono focalizzate sullo studio della risposta in energia di diversi materiali e vengono sistematicamente confrontate con i dati sperimentali ottenuti nei test di laboratorio a Napoli e durante le campagne di test beam al CERN. Il gruppo ha collaborazioni attive con l'INFN (sezioni di Napoli, Milano Bicocca, Perugia), con il CERN e con il consorzio CALVISION (USA).

Micromegas resistive ad alta granularità: Il gruppo si occupa dello studio di rivelatori Micromegas ad alta granularità in grado di resistere a radiazioni elevate. Le attività sono di sviluppo di un prototipo micromegas, in grado di operare sotto grandi flussi di particelle fino a decine di MHz/cm2. Esso rappresenta un passo significativo verso la costruzione modulare di grandi apparati per futuri esperimenti di fisica delle particelle, tra cui quelli inclusi nel programma di FCC. Il rivelatore implementa uno schema resistivo innovativo, composto da un doppio strato di fogli in DLC (Diamond Like Carbon). Il piano di lettura è costituito da pad di piccola area per mantenere i tassi di conteggio sui singoli canali sufficientemente bassi, compatibili con i tempi di risposta del rivelatore e del sistema di readout. Il rivelatore è stato testato su fascio nell'aprile 2024 presso il CERN. Le sue performance sono state studiate con fasci di muoni e pioni ad alta energia, fornendo informazioni sul comportamento del rivelatore in funzione dei parametri operativi.

e+Boost: Il progetto e+BOOST si propone di sfruttare la tecnologia dei cristalli orientati per realizzare una sorgente di positroni ad alta intensità, che miri a superare le limitazioni delle tecnologie attuali, e che sia utilizzabile per i le future macchine acceleratrici e+e- come FCC-ee. Le tecnologie attuali prevedono la produzione di coppie e+e- tramite interazione di un fascio di e- con un bersaglio di materiale amorfo, ad es. tungsteno. La principale limitazione in questo caso è data dall'elevata energia depositata localmente all'interno del bersaglio, che riduce la resa in coppie e+e- ottenibile senza compromettere l'integrità del materiale. I cristalli orientati presentano invece una produzione accentuata di fotoni soft lungo direzioni privilegiate dettate dall'orientamento del reticolo cristallino, e che permettono di produrre più coppie e+e- a parità di deposito di energia. La configurazione può essere sia con un singolo cristallo orientato, che in due stadi con un cristallo orientato usato per produrre fotoni soft (radiatore), ed un secondo cristallo amorfo per produrre coppie e+e-. Scopo del progetto è realizzare un setup sperimentale di sorgente atto a mostrare la fattibilità della sorgente a cristalli orientati, producendo coppie e+e- da fasci di elettroni prodotti al CERN. Il gruppo di Napoli è responsabile delle simulazioni del sistema, e partecipa ai test su fascio realizzati in sede. Tramite le simulazioni effettuate è stato già dimostrato che, nelle condizioni del fascio da realizzare per FCC-ee, la tecnologia a cristalli orientati porterebbe vantaggi significativi in termini di resa. Il prossimo passo è realizzare e testare il setup al CERN, per poi analizzare i dati raccolti e, nel medio-lungo termine, proseguire con la realizzazione di un prototipo completo.

• Referenti: Dr. M. Campajola, Dr. F. Cirotto
• Prof.ssa Mariagrazia Alviggi (PO, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Marcello Campajola (RTDA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Francesco Cirotto (RTDA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Guglielmo De Nardo (PO, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• FProf. Massimo Della Pietra (PA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Alberto Orso Maria Iorio (PA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof.ssa Elvira Rossi (PA, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Prof. Francesco Alessandro Conventi (PA, Università degli Studi di Napoli Parthenope)
• Prof.ssa Camilla Di Donato (PA, Università degli Studi di Napoli Parthenope)
• Dr.ssa Adelina D'Onofrio (INFN Napoli)
• Dr. Riccardo De Asmundis (INFN Napoli)
• Dr. Marco Francesconi (INFN Napoli)
• Dr. Paolo Iengo (INFN Napoli)
• Dr. Vincenzo Izzo (INFN Napoli)
• Dr. Pierluigi Paolucci (INFN Napoli)
• Dr. Biagio Rossi (INFN Napoli)
• Dr. Givi Sekhniaidze (INFN Napoli)
• Dr.ssa Lucrezia Borriello (Borsista INFN)
• Dr. Antonio D'Avanzo (PhD Student, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Daniele Boccanfuso (PhD Student, Scuola Superiore Meridionale)
• Dr. Leonardo Favilla (PhD Student, Scuola Superiore Meridionale)
• Dr. Carlo Di Fraia (PhD Student, Dipartimento di Fisica-UniNA)
• Dr. Giovanni Gaudino (PhD Student, Scuola Superiore Meridionale)
• Dr. Simone Perna (Borsista, Dipartimento di Fisica-UniNA)

Lab. 2H23-24, Hangar, CLEAN, centro di calcolo IBISCO INFN.

• Esperimento "RD_FCC" finanziato dalla CSN1 dell'INFN. Responsabile del finanziamento P. Paolucci.
• Progetto Prin 2022 e+BOOST, intense positron source Based On Oriented crySTals, finanziato da MIUR e Unione Europea - Next Generation EU. Responsabile del finanziamento A. O. M. Iorio.

• Future e⁺e⁻ Circular Colliders