Highlight delle sezioni

Sezione 1: Fisica nucleare e subnucleare
Presidente: Anna Di Ciaccio

Le misure di precisione del Modello Standard (MS) e la ricerca della nuova fisica oltre il MS sono tra i temi principali del programma della sezione di fisica subnucleare e nucleare.

Saranno presentati i risultati recenti degli esperimenti in funzione all’acceleratore LHC alla frontiera dell’energia. In particolare ATLAS e CMS presenteranno le analisi dei dati raccolti negli ultimi anni nei run a 13 TeV relative alle misure più precise delle proprietà del bosone di Higgs, della massa del bosone W e del quark top mentre l’esperimento LHC-b la scoperta della particella, Ξcc++ che aiuterà ad approfondire le conoscenze sull’interazione forte. L’esperimento ALICE, presenterà gli ultimi risultati dello studio all’LHC sulla materia adronica nelle interazioni piombo-protone e piombo-piombo nello stato di plasma di gluoni e quark, uno stato della materia presente in natura solo all’inizio della formazione dell’universo.

La raccolta dei dati alla massima energia di LHC continuerà nel 2018 e poi la luminosità della macchina sarà progressivamente aumentata e portata a un valore quasi 10 volte superiore a quello ottenuto alla fine della presa dati del Run1. I quattro esperimenti ALICE, ATLAS, CMS ed LHCB hanno in preparazione un importante programma di upgrade per sfruttare al meglio questa possibilità. I progetti di nuova sperimentazione per l’upgrade sia di fase 1 che di fase 2 all’LHC saranno discussi in dettaglio alla fine della sezione.

La nuova fisica si può manifestare anche attraverso misure sperimentali precise e il loro confronto con predizioni teoriche altrettanto precise. Un esempio è la nuova misura dell’anomalia magnetica del muone che sarà effettuata nei prossimi mesi con l’esperimento E989 al FERMILAB. Saranno anche discusse le possibilità offerte dallo studio della fisica dei mesoni K e B alla nuova B-factory a KEK-b.

La fisica nucleare contribuisce in modo importante anche ad affrontare problemi di particolare interesse in ambito astrofisico che sono legati a diversi processi di nucleosintesi. Presso il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso la collaborazione LUNA effettua misure di precisione sulla combustione nelle stelle e sulla nucleosintesi di elementi leggeri.

Per la comprensione dei processi di nucleosintesi che avvengono con cattura di neutroni e per la descrizione delle stesse stelle di neutroni sono molto importanti gli studi dell’eccitazione collettiva dei neutroni alla superficie del nucleo. Questi studi sono in fase di realizzazione presso il Laboratorio Nazionale di Legnaro mediante spettroscopia gamma. Questo programma rientra nelle tematiche di punta in fisica nucleare ed è propedeutico a studi futuri sulle simmetrie e sui gradi di libertà dei nuclei lontani dalla regione di stabilità che si potranno realizzare con la facility SPES che produrrà fasci di ioni radioattivi sfruttando la fissione indotta da protoni. L’esperimento Numen, in programma ai Laboratori Nazionali del Sud presenterà una tecnica innovativa per derivare degli elementi di matrice nucleare che entrano nella stima della vita media del decadimento doppio beta senza emissione di neutrini.

Sezione 2: Fisica della materia
Presidente: Giulio Monaco

La fisica della materia studia le proprietà microscopiche della materia con l’obiettivo di descrivere e controllare le sue proprietà macroscopiche. Negli ultimi decenni essa si è occupata in particolare delle fasi della materia caratterizzate da un gran numero di costituenti e con forti interazioni quali la fase solida (solidi ordinati ed amorfi) e quella liquida, ma anche la fase superfluida, il condensato di Bose-Einstein, i plasmi densi, la fase superconduttiva degli elettroni di conduzione di certi materiali, e le fasi ferromagnetica ed antiferromagnetica degli spin di taluni reticoli atomici. Gli strumenti teorici, numerici e sperimentali sviluppati in questo processo sono tutti necessari in egual misura per poter avanzare nella comprensione di sistemi così complessi, e trovano oramai applicazione anche in settori della fisica tradizionalmente contigui, ma con i quali le differenze tendono man mano ad affievolirsi, quali la fisica della materia biologica e l’ottica quantistica, fino ad arrivare alle neuroscienze ed all’economia.

Lo sviluppo di teorie e modelli sempre più sofisticati e la disponibilità di simulazioni numeriche sempre più accurate e predittive stimola lo sviluppo di tecniche sperimentali nuove e sempre più sensibili. Da questo punto di vista, vale la pena sottolineare come il 2017 vedrà l’avvio della fase di operazione della sorgente europea ad elettroni liberi XFEL ad Amburgo (Germania). Questa sorgente, la cui costruzione è iniziata nel 2009 e che ha prodotto i primi raggi X nello scorso mese di maggio, consentirà lo studio della materia su scala atomica con una risoluzione temporale dell’ordine del femtosecondo (10–15 s), fornendo così un nuovo, importante strumento di indagine ai fisici sperimentali di questo settore.

La sezione di fisica della materia per il congresso intende presentare un quadro delle ricerche di maggiore interesse in questo settore. Le relazioni generali, le relazioni ad invito e le comunicazioni offrono una panoramica degli argomenti più attuali. Le varie giornate affrontano prevalentemente i temi della fisica della complessità, della materia soffice, della superconduttività e dei sistemi ad elettroni fortemente correlati, delle nanostrutture, della fotonica, del magnetismo, della fisica dei plasmi. Le relazioni dedicate alla presentazione di nuovi risultati scientifici sono intercalate da relazioni dedicate alla presentazione di nuove tecniche di indagine sperimentale e numerica.

Accanto a scienziati affermati, presentano i loro lavori molti giovani ricercatori che hanno svolto le loro ricerche in Italia o all’estero. Si intende così fornire un quadro, ancorché non completo, delle tematiche di ricerca di maggiore attualità in fisica della materia nel panorama italiano, dei risultati ivi ottenuti e delle idee sugli obiettivi a venire.

Sezione 3: Astrofisica
Presidente: Oliviero Cremonesi

Le sessioni dedicate all’astrofisica mirano a coprire i temi più rilevanti della fisica astro-particellare e di quella cosmica, oltre alle osservazioni più importanti di carattere astronomico.

A seguito della recente scoperta delle onde gravitazionali, c’è grande entusiasmo per l’inizio delle attività di VIRGO, in presa dati con LIGO, oltre che per le future osservazioni con i progetti LISA e l’Einstein GW Telescopie. La scoperta ha anche stimolato un crescente interesse per lo studio delle sorgenti di onde gravitazionali e per i relativi modelli osservativi, e, d’altro lato, ravvivato quello per l’analisi teorica delle proprietà della gravità e in particolare per le sue possibili estensioni quantistiche.

Il canale di osservazione elettromagnetico resta sempre di vitale importanza per l’astronomia, con osservazioni che spaziano su tutto lo spettro (radio, micro onde, visibile, X, gamma) ma che sono sempre più affiancate da una molteplicità di osservazioni di natura diversa che includono i raggi cosmici (sia a terra sia nello spazio) e i neutrini. L’insieme di queste osservazioni ha dato origine ad una nuova forma di astronomia “multi-messenger” che sta assumendo importanza crescente e che potrebbe includere in futuro anche le onde gravitazionali. Alcune di queste osservazioni forniscono informazioni importanti anche su temi fondamentali come la natura della materia oscura e le proprietàà dei neutrini, contribuendo a rafforzare lo stretto legame tra astronomia e fisica delle particelle, sviluppatosi in ambito cosmologico. L’interesse per le corrispondenti misure di fisica delle particelle elementari è pertanto inevitabile e spazia dalla ricerca diretta di materia oscura a quelle sulla massa e sulla natura dei neutrini, sia con sorgenti naturali che artificiali.

La ricerca delle sorgenti dei raggi cosmici, sia con strumenti a terra che nello spazio, continua a svilupparsi, con l’impiego di nuove tecnologie ed apparati di dimensioni sempre crescenti per coprire anche le parti più remote dello spettro di energia. Inoltre, la ricerca di sorgenti puntiformi di neutrini con grandi matrici di rivelatori posti nelle profonditià del mare e dei ghiacci dell’Antartide rappresenta una sfida sempre viva che potrebbe fornire informazioni uniche sia sulle proprietà delle sorgenti sia sull’origine dei raggi cosmici sia sui neutrini.

Infine, i programmi di esplorazione del sistema solare e la ricerca di pianeti extra-solari continua a coprire un ruolo importante, con un interesse che è andato continuamente crescendo negli ultimi anni.

Sezione 4: Geofisica e fisica dell'ambiente
Presidente: Alessandro Bonaccorso

La Sezione di “Geofisica e Fisica dell’Ambiente” riguarda varie tematiche, con indagini e ricerche che contribuiscono alla comprensione fisica dei processi che interessano la terra e il suo ambiente.

La Sezione si svolge in 6 principali sedute nelle quali saranno discussi risultati di fisica dell’atmosfera, oceanografia, climatologia, geofisica della Terra solida e interazioni Sole-Terra.

L’approccio ai problemi affrontati è altamente interdisciplinare, e pone in evidenza il ruolo fondamentale che la Fisica svolge per lo studio dei processi naturali. Le Comunicazioni toccano questioni attuali e di grande criticità (cambiamenti climatici, terremoti, eruzioni, etc.) che hanno importanti rilievi per la Società e mettono in luce la grande complessità dei processi del pianeta Terra.

La Seduta di geomagnetismo e interazione Sole-Terra riguarderà prevalentemente l’analisi degli effetti generati sul campo magnetico terrestre dalla variabilità del vento solare e dal campo magnetico interplanetario. Nella seduta di fisica dell’atmosfera, oceanografia e climatologia verranno illustrate ricerche sulle complesse relazioni che intercorrono tra le diverse componenti fluide del nostro pianeta e che anche caratterizzano la sua evoluzione climatica. In fisica del vulcanismo verranno presentati molti aspetti relativi a stime in tempo reale della pericolosità delle colate laviche e della ricaduta dei prodotti esplosivi, così come il riconoscimento e valutazione dei possibili precursori delle eruzioni. Durante la seduta di telerilevamento, le relazioni si concentreranno su alcune delle tecniche più innovative per l’osservazione dei fenomeni geodinamici, naturali ed antropici, soprattutto attraverso le misure satellitari che ormai hanno assunto un ruolo primario nel controllo da remoto dei processi naturali.

Per quanto riguarda il campo della geodinamica e sismologia di particolare interesse e attualità sarà la Relazione Generale tenuta dal Dott. Alessandro Amato (INGV) che illustrerà, anche alla luce dei recenti terremoti nel territorio italiano, i progressi nelle acquisizioni scientifiche, e in particolare le relazioni con il rischio e l’impatto sulla società di tali criticità.

Sezione 5: Biofisica e fisica medica
Presidente: Renzo Antolini

La biofisica e la fisica medica hanno un ruolo sempre più importante negli sviluppi delle scienze della vita ed in particolare della medicina, offrendo nuovi strumenti e concetti estremamente utili per la comprensione dei fenomeni biologici, per la cura delle malattie e la salvaguardia della salute e dell’ambiente. Nell’ambito della sessione verranno affrontate alcune delle tematiche più attuali in questo contesto.

Nel campo dei trattamenti radioterapici dei tumori, saranno illustrati i recenti progressi ottenuti grazie all’integrazione tra acceleratori lineari e sistemi di imaging (M. Luzzara), all’impiego di dati ed immagini multimodali nella pianificazione dei trattamenti (C. Cavedon) e all’utilizzo di modelli predittivi (L. Strigari e G. M. Cattaneo). L’insieme di questi importanti apporti della fisica medica contribuisce in modo significativo allo sviluppo della moderna radioterapia personalizzata. Tra i risultati recenti delle ricerche nel campo dell’adroterapia, sarà analizzato il fenomeno della frammentazione ionica, vista sia come un ostacolo che come una risorsa ai fini del trattamento radioterapico (A. Sarti), verranno discusse le potenzialità offerte dall’uso di fasci di ioni ossigeno, in particolare per il trattamento di tumori ipossici (E. Scifoni), e saranno presentati studi sperimentali e teorici relativi al progetto INFN – ETHICS volto a migliorare la qualità e la sicurezza dei trattamenti eseguiti con fasci di particelle cariche (A. Scordino). Verrà infine presentata la facility sperimentale attiva presso il Centro di Protonterapia di Trento, aperta sia all’utenza interna che a quella esterna con un programma di esperimenti focalizzato in particolare sulla radioterapia, sulla radioprotezione nello spazio e sullo sviluppo di nuovi rivelatori (F. Tommasino).

In campo biofisico un particolare spazio sarà dedicato agli studi relativi a sistemi biologici integrati, in particolare cuore (L. Sacconi) e cervello (F. S. Pavone), mostrando come l’utilizzo di raffinate tecniche sperimentali di biofotonica e risonanza magnetica, abbinate ad una accurata modellizzazione fisica, stiano contribuendo efficacemente al progresso della comprensione del funzionamento di questi sistemi complessi tanto in condizioni normali che patologiche.

Sia la relazione generale (W. Losert, Guided cell migration: A dynamical system perspective) che varie relazioni su invito (M. Caselle, S. Zapperi, A. M. Chiariello, V. Minicozzi, A. Trovato) saranno dedicate a studi che integrano approcci biologici (biologia molecolare, genetica e biochimica) e fisici (biomeccanica, fisica della materia soffice e meccanica statistica), mostrando come questo sia un campo estremamente promettente per la comprensione delle complesse dinamiche cellulari alla base di importanti processi fisiologici e patologici.

Una relazione (R. Bassi) sarà dedicata a recenti studi sui meccanismi che regolano le primissime fasi della fotosintesi nelle piante mostrando come sia possibile manipolarli per ridurre la dissipazione di energia ed aumentare l’efficienza della trasformazione della luce solare nella produzione di biomassa.

Infine, tre relazioni mostreranno aspetti innovativi dell’imaging utilizzati per mappare, con tecniche di microscopia ottica avanzata, la microcircolazione sanguigna (G. Chirico) ed il cloro e il pH intracellulari (D. Arosio) e, con la tomografia a raggi X a contrasto di fase, l’architettura di reti neurali (M. Fratini).

Sezione 6: Fisica applicata, acceleratori e beni culturali
Presidente: Dario Pisignano

Interdisciplinare per definizione, la Fisica Applicata offre a comunità differenti di ricercatori un punto di incontro di importanza fondamentale nel moderno panorama scientifico. Strumenti e concetti della Fisica vengono messi a fattor comune con la scienza della vita, le discipline umanistiche, le nuove tecnologie, studiando le proprietà della materia e consentendo di sviluppare applicazioni, dispositivi e tecniche di misura e di produzione destinate ad incidere profondamente sullo scenario economico e sulla nostra vita quotidiana.

Gli esempi includono applicazioni innovative della Fisica nello studio ed nella conservazione del patrimonio culturale, nella medicina, nella realizzazione di nuovi materiali mediante nanotecnologie e stampa 3D, nello sviluppo di strumentazione avanzata e di acceleratori, fino alla realizzazione e utilizzazione di grandi laboratori internazionali come FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe) e European XFEL (X-Ray Free-Electron Laser). Sono queste alcune delle ricerche attuali che si svolgono nei laboratori italiani ed internazionali e che vengono presentate nella Sezione 6 del Congresso, dedicata alla Fisica Applicata, ai Beni Culturali ed agli Acceleratori. Un’ampia panoramica di questi studi è presentata, dai direttori delle infrastrutture e delle linee di ricerca, e da brillanti promesse del settore. La Sezione include inoltre due relazioni generali di grande rilievo, tenute da Marco Durante del Trento Institute for Fundamental Physics and Applications-INFN e Università di Trento, e da John A. Rogers, della Northwestern University.

Marco Durante presenta le frontiere della ricerca che impiega ioni pesanti nella terapia oncologica e nello studio della protezione dalle radiazioni presenti nello spazio. Due ambiti molto distanti, il che dà la cifra dell’ampiezza dell’impatto di queste nuove tecnologie, ma che condividono alcuni aspetti su cui la Fisica aiuta a far luce, come i processi degenerativi cui vanno incontro i tessuti viventi quando sono esposti a radiazione. Dalla medicina alle prossime esplorazioni spaziali, l’apertura di nuovi orizzonti passa dunque dalla ricerca sugli acceleratori.

John A. Rogers discute una nuova generazione di dispositivi elettronici ed optoelettronici, in grado di interfacciarsi in maniera efficace con la superficie o con gli strati profondi del cervello. Stimolando in modo controllato e monitorando l’attività dei neuroni in determinate regioni, questi dispositivi, impiantabili, bio-assorbibili, e persino iniettabili nel corpo umano, consentono oggi di sviluppare un approccio originale alle neuroscienze, con enormi potenzialità per lo sviluppo di nuove terapie.

Sezione 7: Didattica e storia della fisica
Presidente: Stefano Oss

Scienze fisiche: non solo oggetto di attenzione in ambiti di ricerca sperimentale o teorica tradizionalmente intesi. Come risaputo, questa disciplina è insegnata, condivisa, comunicata, analizzata da punti di vista delle sue ricadute nel sociale, nel quotidiano, nella storia e nella tecnologia. La fisica è parte integrante della vita non solo dei ricercatori ma dell’intera cittadinanza. Se questa può sembrare una dichiarazione scontata, a maggior ragione non va dimenticato che esiste una comunità che nel mondo accademico si occupa di sostenere la complessa realtà della ricerca dedicata a questioni di genere didattico, metodologico e storico, ossia quelle tradizionalmente raggruppate nella sezione VII di questo Congresso. Come ogni anno, ricercatori e studiosi in questi ambiti convergono per un momento importante di confronto e condivisione sulle tematiche – varie e fortemente intrecciate – che li vedono impegnati nel loro quotidiano operare. In questo Congresso sono state delineate quattro aree principali di interesse scientifico che, senza pretese di classificazione rigorosa, rispondono ai titoli di ricerca in didattica, storia, rapporti con il sistema educativo (la scuola), comunicazione e linguaggi. A ognuna di queste aree afferiscono numerosi ricercatori che, con i loro contributi scritti e orali, potranno dare sostanza a un solido riferimento per l’innovazione, la sperimentazione, lo studio teorico, storico, epistemologico, didattico e della diffusione della nostra disciplina. Queste dunque le tematiche principali, sulle quali si snoderà lo scenario congressuale della Sezione VII:

la didattica (in senso generale del termine, ovvero senza particolari riferimenti a specifici livelli educativi), da sempre di centrale rilevanza nel panorama della ricerca di nuove vie di insegnamento/apprendimento delle scienze fisiche. È un filone attivo e vigoroso anche grazie al supporto e all’innovazione nel campo della strumentazione di laboratorio, sia tradizionale che alternativa (basata su materiali “poveri”, per esempio, oppure facente uso di tecnologie di tipo multimediale, come nel caso di realtà aumentata e virtuale). L’attualità di questo settore è oltretutto testimoniato da un crescente interesse per le questioni metodologiche alla base dei processi di insegnamento/apprendimento in contesti formali e informali;

l’ambito storico/epistemologico/filosofico delle scienze fisiche, che continua ad attrarre un’importante porzione di studiosi con interesse strategico per quelli che sono i tratti “esterni” delle scienze fisiche, i mondi laterali e trasversali delle interpretazioni e letture non esclusivamente disciplinari, metodologiche e applicative della materia. Il tutto in un contesto di eccellenza nella condivisione con l’affascinante comparto dei musei storici, centri della scienza e osservatori astronomici;

area scuola: protagonista di importanza assoluta nel mondo della formazione, dell’orientamento culturale, della sensibilizzazione alla disciplina è ovviamente il sistema educativo (inter)nazionale, di ogni ordine e grado. La fisica è indiscussa regina nel panorama della formazione scientifica contemporanea nella scuola ma, al contempo, soffre di una tradizione pedagogica e metodologica che la vede ancora troppo spesso relegata a materia “difficile” e non necessariamente utile. Fiumi di parole e progetti sono stati e vengono spesi per uscire da questa impasse e per affiancare il corpo docente in un percorso di rinnovamento, sia nei momenti formativi che in quelli di aggiornamento in servizio. L’idea vincente è la collaborazione bidirezionale fra i due mondi, quello della ricerca didattica e quello della scuola e, anche se molto è stato fatto, gli spazi di manovra sono ancora ampi. Il dibattito, oltre che attuale, è molto attivo e urgente: le nuove leggi di formazione e reclutamento dei docenti affidano all’università un ruolo primario e la chiamata non va disattesa;

i discorsi sulla fisica, a scuola, in un laboratorio di frontiera, a un pubblico generico, ovunque: richiedono l’utilizzo consapevole di linguaggi specializzati, in formati differenziati in funzione delle finalità comunicative che si intendono perseguire. Al di là di tecniche più o meno assestate in fatto di efficacia narrativa e metodologia del “public speaking”, c’è un rinnovato e crescente interesse nel confronto fra il discorrere scientifico ed espressioni informali o non-formali, come nel caso dell’esperienza del teatro-scienza: un esempio virtuoso (anche se non l’unico) di competenza destinata all’arricchimento del fisico di mestiere e del pubblico che ascolta e segue. Si tratta di un caso, nuovo nelle sue implicazioni disciplinari, di “soft-skill” didattica che movimenta molte nuove discussioni nel settore.

Ricercatori, docenti, insegnanti, esperti di vari ordini si sono “spartiti” questi ambiti in un panorama di interventi programmati per il congresso (comunicazioni brevi e relazioni su invito, e una conferenza generale – stimolante e attuale - sul “dietro le quinte” della ricerca scientifica) numerosi e in prospettiva di grande interesse. Una sezione attiva, popolata, vigorosa, che ancora parla di sé e di un’area di ricerca e indagine tutt’altro che timida ma attenta a problemi fondamentali della cittadinanza scientifica, della cultura, dell’educazione e dell’orientamento scolastici.

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