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LICIACube analizza i lunghi pennacchi di Dimorphos

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LICIACube pennacchi Dimorphos LICIACube è una missione dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), parte integrante della missione NASA DART, il cui obiettivo è stato il primo test in scala reale della tecnica di impatto cinetico, a scopo di difesa planetaria. Crediti: ASI

LICIACUBE ANALIZZA I LUNGHI PENNACCHI DI DIMORPHOS

Roma, 28 febbraio 2024 – Il 26 settembre 2022 la sonda spaziale DART (Double Asteroid Redirection Test) della NASA – un oggetto da mezza tonnellata lanciato a 22.500 chilometri all’ora – ha colpito Dimorphos (il satellite dell’asteroide Didymos) nel corso del primo esperimento di difesa planetaria mai tentato nella storia, modificandone la traiettoria. Tutto questo “sotto gli occhi vigili” del cubesat dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids), che dopo un anno e mezzo ci restituisce un’ulteriore “fotografia” di ciò che è successo nei secondi successivi l’impatto. In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Nature, il gruppo internazionale di ricercatrici e ricercatori guidati dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) analizza la composizione della nube di detriti e di polvere (plume, in inglese) espulsa dall’asteroide Dimorphos in seguito all’impatto esplosivo.

La prima sonda interplanetaria made in italy (progettata, costruita e operata per l’ASI dalla società torinese Argotec) è parte integrante della missione statunitense e il team scientifico italiano di LICIACube è coordinato da INAF e ASI in collaborazione con l’Istituto di fisica applicata “Nello Carrara” del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IFAC), il Politecnico di Milano, l’Università di Bologna e l’Università Parthenope di Napoli.

Gli strumenti a bordo di LICIACube, LUKE (LICIACube Unit Key Explorer) e LEIA (LICIACube Explorer Imaging for Asteroid), hanno inviato a terra dati straordinari prima e dopo l’impatto.

Elisabetta Dotto, ricercatrice presso l’INAF di Roma, prima autrice dell’articolo e coordinatrice del gruppo che lavora al programma LICIACube sin dalla sua ideazione, racconta:

“La fase scientifica è iniziata 71 secondi prima dell’impatto di DART, testimoniato ‘in diretta’ misurando una rapida variazione della luminosità del piccolo asteroide. Viaggiando ad una velocità relativa di circa 6,1 chilometri al secondo, LICIACube ha effettuato un sorvolo dell’oggetto raggiungendo, nel suo punto di massimo avvicinamento a Dimorphos, una distanza di soli 58 km, 174 secondi dopo l’impatto. LICIACube ha acquisito 426 immagini degli effetti prodotti dall’impatto”.

I risultati ottenuti da LICIACube sono importanti a livello scientifico per la comunità internazionale, trattandosi delle sole immagini raccolte in situ della prima missione di Difesa Planetaria mai condotta finora.

I pennacchi di Dimorphos sono simili alla coda di una cometa e sono generati dalla polvere espulsa nello spazio. A differenza delle comete, però, i “ciuffi” di Dimorphos sono stati generati artificialmente.

Ma come è cambiato Dimorphos dopo l’arrivo di DART? “La prima cosa stupefacente è stata che la superficie di Dimorphos – prosegue Dotto – non è stata più visibile a causa del materiale espulso. Oltre a testimoniare l’evento unico della deflessione di un asteroide grazie a un impatto cinetico, sono state ottenute immagini dettagliate di un asteroide binario che ci possono permettere di capire meglio la natura di questi oggetti. Poiché gli asteroidi sono ciò che resta di una fase intermedia del processo che ha portato alla formazione dei pianeti, i dati acquisiti forniscono informazioni importanti nello studio delle prime fasi di aggregazione del materiale che compone il Sistema solare”.

La ricercatrice INAF spiega che “il materiale espulso dal cratere di impatto ha formato un cono con un angolo di apertura di circa 140 gradi e una struttura complessa e disomogenea, caratterizzata da filamenti, granelli di polvere e massi singoli o raggruppati espulsi a seguito dell’impatto stesso di DART. Le immagini hanno mostrato che la parte più interna della coda aveva un colore bluastro e diventava via via più rossa con l’aumentare della distanza da Dimorphos. La velocità dei materiali espulsi varia da poche decine di m/s fino a circa 500 metri al secondo”.

Aggiunge Alessandro Rossi dell’ IFAC-CNR: “La complessa dinamica delle particelle  espulse dall’impatto costituisce  un’affascinante laboratorio di meccanica orbitale che verrà studiato a lungo dalla comunità delle scienze planetarie”.

Marco Zannoni, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale (DIN) e responsabile tecnico delle attività affidate all’Università di Bologna, commenta:

“Il contributo dell’Università di Bologna, nell’ambito di questo progetto, ha riguardato la determinazione ed il controllo della traiettoria di LICIACube, a partire dai dati di tracking ricevuti dalle antenne di terra del Deep Space Network della NASA. La sfida più grande è stata quella di guidare il nanosatellite LICIACube, che si trovava a 10 milioni di chilometri dalla Terra e viaggiava a più di 6 chilometri al secondo, a posizionarsi nel punto giusto ed al momento giusto per scattare le foto dell’impatto di DART con Dimorphos”.

Angelo Zinzi, Project Scientist ASI per LICIACube, commenta così:

“Il lavoro pubblicato può essere considerato un punto di partenza per la missione DART-LICIACube e, più in generale, nell’ambito della difesa planetaria. Grazie al grande lavoro realizzato da gli enti e le industrie coinvolte nella missione LICIACube, con il coordinamento del team di progetto dell’ASI, è stato dimostrato che i cubesat sono ormai pronti per missioni sia tecnologiche sia scientifiche nello spazio profondo e che l’Italia è in grado di essere un attore principale in questo contesto”.

E aggiunge: “LICIACube ha permesso di ottenere immagini e dati altrimenti impossibili da acquisire e che hanno fornito un impulso fondamentale alla conoscenza dell’evento di impatto avvenuto tra la sonda DART e Dimorphos. È importante anche sottolineare che tutti i dati e il Software di archiviazione e calibrazione dati sono stati gestiti dal centro dati scientifico di ASI (SSDC), utilizzando standard internazionalmente riconosciuti per la corretta preservazione e la disseminazione del dato. A seguito di questo lavoro, sono già in fase di pubblicazione e/o revisione, altri lavori dai quali ottoneremo un’analisi dei dati di LICIACube di maggiore dettaglio e conoscenza”.

“Grazie al grande lavoro del team scientifico sulle immagini, il Politecnico di Milano collaborando con CNR ha potuto contribuire al raffinamento dei modelli di espulsione dei frammenti e al miglioramento dello studio dell’evoluzione del loro moto nel sistema binario asteroideo”,

sostiene Michèle Roberta Lavagna, professoressa di Flight Mechanics del Politecnico di Milano, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali.

I dati a oggi ottenuti stanno dimostrando come, pur attraverso una piccola sonda, sia possibile raccogliere importanti dati scientifici e come, un team ben affiatato e coordinato possa ottenerne risultati unici di grande rilevanza scientifica.

 

Per ulteriori informazioni:

L’articolo “The Dimorphos ejecta plume properties revealed by LICIACube”, di E., Dotto, J.D.P., Deshapriya, I., Gai, P.H., Hasselmann, E., Mazzotta Epifani, G.,Poggiali, A., Rossi, G., Zanotti, A., Zinzi, I., Bertini, J.R., Brucato, M., Dall’Ora, V., Della Corte, S.L., Ivanovski, A., Lucchetti, M., Pajola, M., Amoroso, O., Barnouin, A., Campo Bagatin, A., Capannolo, S., Caporali, M., Ceresoli, N.L., Chabot, A.F., Cheng, G., Cremonese, E.G., Fahnestock, T.L., Farnham, F., Ferrari, L., Gomez Casajus, E., Gramigna, M., Hirabayashi, S., Ieva, G., Impresario, M., Jutzi, R., Lasagni Manghi, M., Lavagna6, J.-Y., Li, M., Lombardo, D., Modenini, P., Palumbo, D., Perna, S., Pirrotta, S.D., Raducan, D.C., Richardson, A.S., Rivkin, A.M., Stickle, J.M. Sunshine, P., Tortora, F., Tusberti, M., Zannoni, è stato pubblicato sulla rivista Nature.

Testo e immagini dagli Uffici Stampa INAF, ASI, CNR, Politecnico di Milano e Alma Mater Studiorum – Università di Bologna.

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Biologia

Dagli scarti di melagrana un estratto, una protezione per il cuore

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Estratto ottenuto da bucce e semi

Dagli scarti di melagrana un estratto, una protezione per il cuore

Una ricerca condotta dall’Istituto per la bioeconomia del CNR e dall’Università di Pisa ha rivelato che i residui della trasformazione dei frutti di melograno offrono un’importante protezione cardiovascolare dall’ipertensione. Lo studio, pubblicato su Nutrients, apre a potenziali applicazioni mediche favorendo anche un minor impatto degli scarti di melagrana sull’ambiente

Sottoprodotti derivanti dall’estrazione
Sottoprodotti derivanti dall’estrazione. Crediti per la foto: Francesco Meneguzzo

Un estratto di bucce e semi di melagrana completamente solubile in acqua, ottenuto mediante una tecnica innovativa, verde, efficiente e scalabile fino a capacità produttive industriali, si rivela efficace nel trattamento dell’ipertensione, sia acuta che cronica. Lo dimostra una ricerca in vivo condotta su un modello murino, pubblicata sulla rivista Nutrients e realizzata da un gruppo di ricerca dell’Istituto per la bioeconomia del Consiglio nazionale delle ricerche di Firenze (CNR-IBE) e dell’Università di Pisa.

Estratto ottenuto da bucce e semi
Estratto ottenuto da bucce e semi. Crediti per la foto: Francesco Meneguzzo

L’estrazione del succo di melagrana genera sottoprodotti non edibili, bucce e semi, pari al 60% del peso del frutto, che sono disponibili in grandi quantità e conosciuti da tempo per le loro proprietà salutari, in gran parte dovute ai cosiddetti ellagitannini, in particolare punicalagina e acido ellagico.

“Finora, il recupero e la valorizzazione di questi sottoprodotti sono stati ostacolati dalla mancanza di una tecnica di estrazione adeguata, in grado di restituire un prodotto completamente solubile in acqua e più sicuro per l’organismo. Infatti, la qualità e le proprietà degli estratti di prodotti naturali, tra cui i sottoprodotti della melagrana, dipendono anche dalla tecnica estrattiva. L’applicazione della cavitazione idrodinamica, già verificata con successo su sottoprodotti degli agrumi e delle filiere forestali, ha consentito di estrarre una grande quantità di bucce e semi di melagrana in sola acqua, a bassa temperatura e in pochi minuti, con un consumo energetico molto limitato, restituendo un prodotto completamente solubile”, sottolinea Francesco Meneguzzo, ricercatore del CNR-IBE.

Lo studio ha previsto la somministrazione dell’estratto di melagrana per via orale a ratti spontaneamente ipertesi. “Dopo la somministrazione orale, i risultati hanno dimostrato una buona bioaccessibilità intestinale e la capacità di contrastare efficacemente l’incremento della pressione in un modello sperimentale di ipertensione, migliorando la disfunzione e riducendo lo spessore dell’endotelio, che è il tessuto che riveste l’interno dei vasi sanguigni. In aggiunta a questo, la somministrazione dell’estratto di melagrana ha dimostrato importanti effetti a livello cardiaco, perché ha consentito di abbassare i livelli di citochine, le molecole responsabili dei processi infiammatori e fibrotici a livello cellulare. Questi riscontri suggeriscono la possibilità di sviluppare meccanismi diversi e a più ampio spettro, rispetto alla protezione cardiovascolare”, afferma Lara Testai dell’Università di Pisa.

Questo tipo di ricerca scientifica dimostra come gli scarti della lavorazione di prodotti vegetali come la melagrana siano ricchi di sostanze preziose per la salute, rappresentando anche un valore aggiunto in un’ottica di sostenibilità. Gli esiti dello studio, infatti, oltre a suggerire i potenziali benefici per la salute umana, potranno contribuire ad aumentare il valore della filiera della melagrana e ad abbattere l’impatto ambientale connesso ai relativi sottoprodotti.

Processo estrattivo del succo di melagrana
Processo estrattivo del succo di melagrana. Crediti per la foto: Francesco Meneguzzo

Roma, 21 febbraio 2024

 

La scheda

Chi: Istituto per la bioeconomia del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto Fiorentino (Firenze), Università degli studi di Pisa – dipartimento di farmacia, Università degli studi di Parma – dipartimento di medicina e chirurgia, Azienda ospedaliero-universitaria di Parma – divisione di cardiologia, Azienda unità sanitaria locale-Ircss di Reggio Emilia – dipartimento di salute pubblica, HyRes srl

Che cosa: Benedetti G., Flori L., Spezzini J., Miragliotta V., Lazzarini G., Pirone A., Meneguzzo C., Tagliavento L., Martelli A., Antonelli M., Donelli D., Faraloni C., Calderone V., Meneguzzo F. and Testai L. (2024) Improved Cardiovascular Effects of a Novel Pomegranate Byproduct Extract Obtained through Hydrodynamic Cavitation «Nutrients» 16, 506

Link alla ricerca: https://doi.org/10.3390/nu16040506

Testo e foto dall’Ufficio Stampa del Consiglio nazionale delle ricerche – CNR

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Scienze formali

Agenti Conversazionali: interagire in modo naturale con l’Intelligenza Artificiale

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SIGIR

Agenti Conversazionali: interagire in modo naturale con l’Intelligenza Artificiale

 

I motori di ricerca che rispondono a domande verbali ancora non riescono a interagire in modo naturale con l’utente. Un nuovo meccanismo è stato messo a punto per capire e predire dove sta andando una conversazione tra umano e Intelligenza Artificiale
Agenti Conversazionali: interagire in modo naturale con l’Intelligenza Artificiale

Tramite gli assistenti digitali personalizzati basati sull’Intelligenza Artificiale, gli utenti interagiscono con i motori di ricerca utilizzando sempre più spesso query di ricerca conversazionali, anziché digitare le domande sulla tastiera. Interagire in modo verbale con l’Intelligenza Artificiale consente di formulare domande più mirate, specifiche e pertinenti a livello personale. In questo modo, l’utente mira a ottenere in modo più rapido ciò di cui ha bisogno nello specifico, intrattenendo una vera e propria conversazione con il sistema di ricerca online. Ma come conversa una Intelligenza Artificiale? Come fa a restringere le risposte all’area di interesse specifica dell’utente? Questa è la questione su cui al momento la scienza e l’ingegneria dell’informazione si stanno concentrando.

Da uno studio (https://www.dei.unipd.it/~ferro/papers/2023/SIGIR2023-FFMPT.pdf) del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa in collaborazione con Università di Padova e CNR arriva un metodo per valutare e prevedere l’efficacia di sistemi di Intelligenza Artificiale, come gli assistenti vocali, nel portare avanti una conversazione che soddisfi le aspettative dell’utente.

“Il punto di partenza – spiega Nicola Tonellotto, docente di ingegneria informatica all’Università di Pisa – è l’esigenza che gli agenti conversazioni siano ad un tempo efficaci, e cioè che diano risposte corrette, e in grado di mantenere l’interesse dell’utente durante la conversazione. Il nostro meccanismo riesce a dare al sistema un feedback immediato sull’andamento della conversazione, per esempio vedendo se il range di risposte cade al di fuori dell’area di interesse di chi sta facendo la domanda. Lo facciamo andando ad analizzare le proprietà matematiche e le relazioni tra i modelli di domande e risposte”.
SIGIR
Il lavoro è stato premiato con l’ACM SIGIR 2023 Best Paper Award Honorable Mention alla conferenza SIGIR (Conference on Research and Development in Information Retrieval), che riunisce annualmente i maggiori esperti sia accademici che industriali di reperimento delle informazioni, la scienza alla base dei motori di ricerca.
“Il lavoro sull’interazione tra esseri umani e intelligenza artificiale è parte delle attività del FoReLab (forelab.unipi.it), il laboratorio del Dipartimento che conduce ricerca all’avanguardia sulle tecnologie per il nuovo paradigma di società e industria 5.0. – prosegue Tonellotto – La ricerca su una sempre maggiore personalizzazione dei sistemi di intelligenza artificiale sui singoli utenti è destinata infatti ad avere un grande impatto anche nella nuova industria, per esempio nel campo della progettazione, generando dimostratori a partire da descrizioni testuali, per il supporto clienti tramite risponditori automatici con personalizzazione basate su social media, per interfacce uomo-macchina di ultima generazione, in grado di semplificare processi di controllo e ispezione, per ottimizzare la catena di gestione e produzione, e in diversi altri campi della società, come la medicina personalizzata, dove si possono progettare  interfacce personalizzate che si adattano automaticamente ai pazienti”.
Testo e foto dall’Unità Comunicazione Istituzionale dell’Università di Pisa.
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Fisica

Nuovo stato della materia contraddistinto dal fenomeno corrente chirale

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Interno del Sincrotrone Elettra, a Basovizza, Trieste fisica quantistica corrente chirale

MATERIALI QUANTISTICI: SCOPERTO UN NUOVO STATO DELLA MATERIA CONTRADDISTINTO DAL FENOMENO QUANTISTICO CHIAMATO CORRENTE CHIRALE
Su Nature studio guidato da Ca’ Foscari che potrà avere applicazioni basate su nuovi dispositivi nei campi della sensoristica, biomedicale e delle rinnovabili. Scoperta possibile grazie al Sincrotrone italiano Elettra.

mercoledì 7 febbraio 2024

Interno del Sincrotrone Elettra, a Basovizza, Triestefisica quantistica corrente chirale
Interno del Sincrotrone Elettra, a Basovizza, Trieste. Foto di Betta27, in pubblico dominio

VENEZIA – Un gruppo internazionale di ricerca ha scoperto un nuovo stato della materia contraddistinto dall’esistenza di un fenomeno quantistico chiamato corrente chirale. Tali correnti sono generate su scala atomica da un movimento cooperativo di elettroni, che è all’origine della nuova fase della materia appena scoperta, a differenza dei materiali magnetici convenzionali le cui proprietà hanno origine dalla caratteristica quantistica di un elettrone nota come spin e dal loro ordinamento nel cristallo.

La chiralità è una proprietà di estrema importanza nelle scienze, per esempio è anche fondamentale per capire il DNA. Nel fenomeno quantistico scoperto la chiralità delle correnti è stata rilevata studiando un processo di interazione tra luce e materia nel quale un fotone opportunamente polarizzato è in grado di emettere un elettrone dalla superficie del materiale con uno stato di spin ben definito.

La nuova scoperta, pubblicata oggi sulla prestigiosa rivista Nature, arricchisce in modo significativo la conoscenza sui materiali quantistici, in particolar modo sulla ricerca di fasi quantistiche chirali e sui fenomeni che avvengono alla superficie dei materiali.

“La rivelazione dell’esistenza di questi stati quantistici – spiega Federico Mazzola, ricercatore in Fisica dei materiali all’Università Ca’ Foscari Venezia e leader dello studio – può aprire la strada per lo sviluppo di un nuovo tipo di elettronica che impieghi correnti chirali come portatori di informazioni al posto della carica dell’elettrone. Inoltre, tali fenomeni potrebbero avere un importante risvolto per applicazioni future basate su nuovi dispositivi optoelettronici chirali, e un grande impatto nel campo delle tecnologie quantistiche per nuovi sensori, così come nel campo biomedico ed in quello delle energie rinnovabili”.

Nato da una predizione teorica, questo studio ha verificato in modo diretto e per la prima volta l’esistenza di questo stato quantistico, fino ad ora enigmatico ed elusivo, grazie all’utilizzo del Sincrotrone italiano Elettra. Finora la conoscenza circa l’esistenza di questo fenomeno era infatti limitata a predizioni teoriche per alcuni materiali. La sua osservazione sulle superfici dei solidi lo rende estremamente interessante per lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici ultra sottili.

Il gruppo di ricerca, che comprende partner nazionali e internazionali tra cui l’Università Ca‘ Foscari di Venezia, l’Istituto Spin e l’Istituto Officina dei Materiali del CNR e l’Università di Salerno, ha investigato il fenomeno su un materiale già noto alla comunità scientifica per le sue proprietà elettroniche e per applicazioni di spintronica superconduttiva, ma la nuova scoperta ha un respiro più ampio, essendo molto più generale ed applicabile ad una vasta gamma di materiali quantistici.

Questi materiali stanno rivoluzionando la fisica quantistica e l’attuale sviluppo di nuove tecnologie, con proprietà che vanno ben oltre quelle descritte dalla fisica classica.

Hanno partecipato allo studio ricercatrici e ricercatori dal Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi di Ca’ Foscari, Istituto Officina dei Materiali, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Fisica Teoretica dell’Università Jagellonica (Polonia), Istituto di Fisica dell’Accademia Polacca delle Scienze, Dipartimento di Fisica “E. R. Caianiello” dell’Università di Salerno, Istituto SPIN del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Sincrotrone SOLEIL, Interdisciplinary Nanoscience Center dell’Università di Aarhus, Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Fisica e Astronomia Department of Physics and Astronomy dell’Università Nazionale di Seul, Seul, Korea.

Riferimenti bibliografici:

Mazzola, F., Brzezicki, W., Mercaldo, M.T. et al. Signatures of a surface spin–orbital chiral metal, Nature (2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07033-8

 

Testo dall’Ufficio Comunicazione e Promozione di Ateneo Università Ca’ Foscari Venezia

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Scienze formali

Al via EPIQUE, per sviluppare il computer quantistico fotonico europeo

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EPIQUE
Al via EPIQUE, per sviluppare il computer quantistico fotonico europeo

Progetto europeo da 10 milioni di euro guidato da Sapienza Università di Roma con 18 partner, tra cui il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Università degli Studi di Firenze.

EPIQUE

(17/01/2024) – Fare da apripista per un computer quantistico europeo basato su fotoni, i quanti di luce: è la sfida di EPIQUE, il progetto di ricerca finanziato con 10.340.000 di euro dalla Commissione Europea realizzato da 18 partner di 12 Paesi e guidati da Sapienza Università di Roma e che prende il via oggi con il kick-off meeting.

“L’importante risultato ottenuto con il finanziamento del progetto EPIQUE coordinato dal professor Fabio Sciarrino, a cui vanno i più sinceri complimenti per il prestigioso riconoscimento ottenuto, è una ulteriore conferma – dichiara la Rettrice della Sapienza Antonella Polimeni – dell’impegno dell’Ateneo nell’ambito delle tecnologie quantistiche. Questo progetto si aggiunge ad altre iniziative che vedono Sapienza quale centro di eccellenza del settore, come leader dello Spoke sulle tecnologie fotoniche nell‘ambito del partenariato finanziato dal PNRR sulle quantum technologies, e come partner dello Spoke sul Quantum Computing della fondazione ICSC. Un nuovo successo per la nostra comunità che conferma la sempre crescente attenzione verso l’ecosistema europeo della ricerca.”

I computer quantistici sono una delle più promettenti tecnologie del futuro, macchine potenzialmente capaci di risolvere problemi impossibili anche per i più potenti super computer, ma si tratta di dispositivi in fase prototipale e sono ancora molte le possibili strade di sviluppo. Tra le più promettenti c’è quella basata sulla luce: l’uso di fotoni nel ruolo di qubit. Proprio per studiare in modo approfondito il potenziale offerto dallo sviluppo di piattaforme di calcolo quantistico fotonico nasce EPIQUE – European Photonic Quantum Computer, un progetto che punta a fare da apripista in un ambito con ampi margini di sviluppo.

Prototipi di computer quantistici basati su tecnologie fotoniche hanno dimostrato in questi anni importanti punti di forza, in particolare quelli di avere una bassa decoerenza dei qubit che permette di minimizzare la perdita dell’informazione, una semplice infrastruttura che non richiede di operare a temperature vicine allo zero come nei processori a superconduttori e una naturale integrazione con i sistemi di comunicazione a fibra ottica per la creazione di reti. Ben 3 delle 4 dimostrazioni ad oggi pubblicate di quantum advantage – ossia la capacità di eseguire un processo di calcolo di fatto impossibile per un computer tradizionale – sono state ottenute usando tecnologie fotoniche.

Tuttavia, i risultati esistenti sono stati spesso limitati da apparati ingombranti e difficili da scalare. Riconoscendo il potenziale di questo percorso tecnologico, EPIQUE punta ora a raccogliere le tante realtà europee, sia il mondo accademico che le Piccole e Medie Imprese, già oggi tra i leader al mondo in vari settori delle tecnologie fotoniche, per arrivare alla realizzazione di una piattaforma quantistica fotonica di uso generale. EPIQUE punterà allo sviluppo di 3 diversi prototipi dimostrativi di computer quantistici fotonici a decine di qubits e ad aprire la strada verso una più ambiziosa piattaforma quantistica di oltre 1.000 qubits.

“Il lavoro di EPIQUE è pronto a stabilire un nuovo standard europeo nella ricerca sul calcolo quantistico fotonico”, afferma Fabio Sciarrino della Sapienza, coordinatore di EPIQUE. “Integrando i progressi sia nelle tecnologie che sugli algoritmi – aggiunge – ci concentreremo sullo sviluppo di un percorso verso una piattaforma innovativa di calcolo quantistico. L’impatto delle tecnologie che svilupperemo potrà anche influenzare altre aree di applicazione delle tecnologie quantistiche, come il rilevamento quantistico e la metrologia”.

“I computer classici funzionano grazie al flusso di elettroni attraverso circuiti microelettronici. Una dinamica simile si rispecchia nei computer quantistici fotonici, che si avvalgono di circuiti fotonici integrati. In questi circuiti, i singoli fotoni sono incaricati di realizzare calcoli complessi”, spiega Roberto Osellame, Direttore di Ricerca al CNR-IFN di Milano. “Al CNR – aggiunge – noi creiamo questi circuiti fotonici incidendoli nel vetro mediante l’uso di laser. Grazie al progetto EPIQUE, prevediamo di elevare la complessità di questi dispositivi a livelli mai raggiunti prima, superando gli attuali standard tecnologici”.

EPIQUE è uno dei sei progetti, sulla base di altrettante soluzioni tecnologiche, ideati per sviluppare fisicamente un computer quantistico europeo nell’ambito della Quantum Flagship lanciata dalla Commissione Europea nel 2018 e finanziata con circa 1 miliardo di euro.

 

I partner di EPIQUE sono:

– Sapienza Università di Roma (Uniroma1) Italy

– Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) Italy

– Università degli Studi di Firenze (Unifi) Italy

– Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) France

– Commissariat a l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) France

– Quandela France

– Single Quantum Bv (Single Quantum) Netherlands

– Universitaet Paderborn (UPB) Germany

– Ruprecht-Karls-Universitaet Heidelberg (UHEI) Germany

– Qubig Gmbh (Qubig) Germany

– Universitat Wien (UniVie) Austria

– Danmarks Tekniske Universitet (DTU) Denmark

– Nkt Photonics A/S Denmark.

– Laboratorio Iberico Internacional de Nanotecnologia Lin (INL) Portugal

– Naukowa I Akademicka Siec Komputerowa – Panstwowy Instytut (NASK) Poland

– Ceske Vysoke Uceni Technicke V Praze (CVUT) Czechia

– Tyndall, University College Cork – National University of Ireland, Cork (UCC) Ireland

– Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (IMEC) Belgium

Maggiori informazioni sono disponibili al sito web https://cordis.europa.eu/project/id/101135288

 

Testo e imagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Biologia

Finanziato il progetto IMPACT per lo sviluppo di nuove terapie per la cardiomiopatia aritmogena

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Alessandra Rampazzo

CARDIOMIOPATIA ARITMOGENA: finanziato con 4 milioni di euro il progetto di ricerca IMPACT, coordinato dall’Università di Padova

Finanziato con 4 milioni di euro e coordinato dall’Università di Padova, studierà il ruolo e l’impatto di alterazioni genetiche sulla progressione clinica della cardiomiopatia aritmogena aprendo la strada allo sviluppo di nuove terapie per la gestione clinica della malattia e a un miglioramento della qualità di vita dei pazienti.

Si chiama IMPACT – Cardiogenomics meets Artificial Intelligence: a step forward in arrhythmogenic cardiomyopathy diagnosis and treatment – il progetto di ricerca della durata di 36 mesi finanziato con 4 milioni di euro dall’European Innovation Council per la cardiogenomica. La missione dell’European Innovation Council, istituito dalla Commissione europea nel 2021, è quella di individuare e sviluppare tecnologie innovative per la ricerca.

LOGO IMPACT

 Il team internazionale – coordinato dalla professoressa Alessandra Rampazzo del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova e composto da Universiteit Maastricht (dottoressa Martina Calore), Universitair Medisch Centrum Utrecht (dottoressa Anneline te Riele), Gruppo Lutech (dottoressa Barbara Alicino), Consorzio Italbiotec (dottoressa Melissa Balzarotti), Ksilink (dottor Peter Sommer) e Italfarmaco (dottor Christian Steinkuhler) – studierà lo sviluppo di nuove terapie per la cardiomiopatia aritmogena (ACM), una malattia genetica che colpisce il cuore e che rappresenta una delle principali cause di aritmie ventricolari e morte cardiaca improvvisa. Con un’incidenza di 1 su 5000, può essere considerata una malattia cardiovascolare di grande rilevanza.

Del gruppo padovano guidato da Alessandra Rampazzo fanno parte il professor Libero Vitiello e la dottoressa Martina Calore del dipartimento di Biologia che si focalizzeranno sull’analisi di modelli in vivo e in vitro di malattia allo scopo di identificare dei bersagli terapeutici, la professoressa Milena Bellin sempre del dipartimento di Biologia che valuterà l’effetto patogeno di varianti genetiche utilizzando microtessuti cardiaci umani generati da cellule staminali pluripotenti coltivate in laboratorio, la professoressa Paola Braghetta del dipartimento di Medicina Molecolare e il dottor Nicola Facchinello del CNR-Istituto di Neuroscienze  che metteranno a disposizione le competenze istologiche e biochimiche per studiare i meccanismi molecolari che controllano la funzionalità cardiaca nei modelli di malattia.

Alessandra Rampazzo cardiomiopatia aritmogena
Alessandra Rampazzo, coordinatrice del progetto di ricerca IMPACT per lo sviluppo di nuove terapie per la cardiomiopatia aritmogena – ACM

La cardiomiopatia aritmogena è una patologia degenerativa che interessa il cuore, frequentemente coinvolta nella morte improvvisa di atleti e adolescenti. Il segno istopatologico caratterizzante è la sostituzione fibroadiposa del miocardio, che pregiudica il funzionamento del muscolo cardiaco portando all’insorgenza di aritmie ventricolari. Ad oggi non è disponibile alcuna terapia per prevenire o almeno rallentare le progressive modificazioni del tessuto cardiaco.

Numerosi sono i geni le cui mutazioni sono certamente coinvolte in questa patologia, alcuni dei quali scoperti dal gruppo di ricerca della professoressa Alessandra Rampazzo. Tuttavia, molte delle alterazioni genetiche identificate nel DNA dei pazienti affetti sono di significato incerto e non ancora direttamente correlati alla patologia, e quindi di utilità limitata sia per i genetisti che per i medici.

«Grazie ai finanziamenti ottenuti da Horizon Europe, il nostro progetto di ricerca si propone di aprire nuove prospettive terapeutiche basandosi sui risultati ottenuti nei diversi modelli proposti. Si tratta di un progetto innovativo e multidisciplinare, il cui successo è fortemente sostenuto dalle diverse ma complementari competenze dei partner europei che fanno capo a istituzioni accademiche e aziende leader nel settore informatico, biotecnologico e farmaceutico – dice la professoressa Alessandra Rampazzo del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, coordinatrice scientifica del team internazionale –. Una tale collaborazione consentirà di raggiungere gli ambiziosi traguardi prefissati. L’obiettivo generale del progetto finanziato dalla comunità europea è quello di integrare e analizzare mediante l’intelligenza artificiale i dati clinici e molecolari provenienti dal registro dei pazienti con ACM con dati provenienti da analisi strutturali e funzionali di modelli cellulari, quali microtessuti cardiaci tridimensionali, e modelli in vivo. Questi risultati ci permetteranno di ottenere una migliore comprensione del ruolo e dell’impatto di alterazioni genetiche sulla progressione clinica della cardiomiopatia aritmogena. Inoltre – conclude Alessandra Rampazzo – il progetto prevede uno screening e una successiva valutazione del potenziale terapeutico di numerosi composti e molecole innovative, sia in modelli cellulari che animali».

La scoperta di nuovi bersagli terapeutici e la comprensione dei meccanismi patogenetici sottostanti non solo potrebbero portare a nuove terapie per l’ACM, ma potrebbero aprire la strada ad una migliore gestione clinica della malattia e a un miglioramento della qualità di vita dei pazienti.

Il meeting di tutti i partecipanti, che ufficializzerà l’avvio del progetto, si terrà a Padova il 26 e 27 ottobre 2023.

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MORTI IMPROVVISE E CARDIOMIOPATIA ARITMOGENA: GIOVEDÌ VERRÀ PRESENTATO IL PROGETTO IMPACT

Giovedì 26 ottobre 2023, dalle ore 14.00, nella Casa della Rampa Carrarese della Fondazione Cassa di Risparmio di Padova e Rovigo in via Arco Valaresso 32 a Padova verranno presentati partner, competenze e dati preliminari del progetto IMPACT.

Il meeting si concluderà nel primo pomeriggio di venerdì 27 ottobre nella Sala Conferenze di Palazzo del Monte di Pietà in piazza Duomo 14 a Padova della Fondazione Cariparo con la discussione degli aspetti tecnico scientifici del progetto IMPACT.

 

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova. Aggiornato il 24 ottobre 2023.

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Astronomia

Progetto GLAMS: basi lunari costruite con materia prima del satellite

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Progetto GLAMS basi lunari Esempio di struttura porosa - analisi 3D mediante microtomografia a raggi X - di un campione di cemento

PROGETTO GLAMS: BASI LUNARI COSTRUITE CON LA MATERIA PRIMA DEL SATELLITE TERRESTRE

Finanziato da ASI – Agenzia Spaziale Italiana – il progetto di ricerca dell’Università di Padova coordinato da Luca Valentini del Dipartimento di Geoscienze in cui si utilizzerà la tecnologia di stampa 3D per realizzare leganti cementizi a partire da sedimenti, polvere e frammenti di materiale lunari che si trovano in loco.

GLAMS (Geopolimeri per Additive Manufacturing e Monitoraggio Lunare) è il nome del progetto biennale dell’Università di Padova finanziato con oltre 400.000 euro dall’Agenzia Spaziale Italiana ed è risultato vincitore del bando “Giornate della ricerca accademica spaziale”, classificandosi al primo posto nell’area tematica “Materiali Avanzati”.

Si pone la finalità di realizzare elementi strutturali per la costruzione di basi lunari, mediante un approccio di stampa 3D che utilizza leganti cementizi formulati a partire da suoli lunari (regoliti), secondo il principio dello sfruttamento di materie prime disponibili in loco. Tale principio consentirà di minimizzare i costi e l’impatto ambientale dovuti al trasporto di materie prime dal pianeta Terra alla Luna.

GLAMS – coordinato dal Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “Giuseppe Colombo” (CISAS) – in partnership con l’Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia del CNR (ICMATE) con sede a Genova e WASP, azienda italiana leader nel settore della stampa 3D – vede come responsabile scientifico il professor Luca Valentini del Dipartimento di Geoscienze, mentre il professor Carlo Bettanini e la dottoressa  Giorgia Franchin del Dipartimento di Ingegneria Industriale sono i leader di specifici work package.

Il team di ricerca intende ottimizzare il “cemento lunare” formulato a partire dalla regolite, tenendo conto delle specificità delle condizioni ambientali del satellite, tra cui le elevate escursioni termiche, le condizioni di ridotta gravità e pressione atmosferica e l’impatto di micro-meteoriti.

A tal fine, gli elementi strutturati verranno realizzati mediante un processo produttivo che consentirà di realizzare materiali con struttura macro-porosa, capace di conferire eccellenti proprietà di isolamento termico, con la finalità di mitigare il degrado dovuto ai cicli gelo-disgelo causato dalle estreme variazioni di temperatura. Inoltre, all’interno delle unità strutturali verranno integrati opportuni sensori per il monitoraggio di impatti micro-meteoritici.

Progetto GLAMS basi lunari Esempio di struttura porosa - analisi 3D mediante microtomografia a raggi X - di un campione di cemento
Esempio di struttura porosa – analisi 3D mediante microtomografia a raggi X – di un campione di cemento

Il progetto GLAMS

Nella prima fase del progetto, l’unità di ricerca dell’Università di Padova, sotto la guida di Luca Valentini e Giorgia Franchin, formulerà i “leganti geopolimerici” ottenuti dall’attivazione chimica della regolite lunare: questo tipo di legante non prevede l’utilizzo del classico cemento Portland, comunemente utilizzato per la costruzione in ambiente terrestre. Infatti, rispetto a quest’ultimo, sono caratterizzati da emissioni di CO2 significativamente ridotte, inoltre le proprietà allo stato fresco di questi leganti verranno opportunamente ottimizzate per consentire una corretta estrusione mediante stampa 3D.

Nelle fasi successive, l’Istituto di Chimica della Materia Condensata e di Tecnologie per l’Energia del CNR con sede a Genova provvederà a selezionare opportuni agenti schiumogeni che consentiranno di conferire una struttura macro-porosa al legante geopolimerico indurito.

Progetto GLAMS basi lunari Stampa 3D per estrusione di miscela geopolimerica
Stampa 3D per estrusione di miscela geopolimerica

Successivamente i partner di WASP si occuperanno di implementare le formulazioni ottimizzate durante le fasi precedenti del progetto, alla realizzazione di un prototipo di elemento strutturale, con struttura macro-porosa, a media scala, mediante stampa 3D.

Infine, il gruppo coordinato da Carlo Bettanini provvederà alla sensorizzazione degli elementi strutturali, integrando opportune reti di sensori, finalizzate al monitoraggio continuo degli impatti micro-meteoritici.

L’auspicio è che i risultati del progetto GLAMS possano contribuire a soddisfare le esigenze delle agenzie spaziali che prevedono, entro il prossimo decennio, di realizzare missioni spaziali finalizzate a costruire habitat lunari che possano ospitare insediamenti umani semi-permanenti.

Luca Valentini
Luca Valentini

Testo e foto dall’Ufficio Stampa dell’Università di Padova sul Progetto GLAMS per la costruzione di basi lunari con materia prima dal satellite.

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Biologia

Onde luminose per trasmettere luce laser attraverso tessuti tumorali

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Onde luminose per trasmettere luce laser attraverso tessuti tumorali

Tsunami di luce contro il cancro: grazie alle onde luminose estreme sarà possibile concentrare energia in modo preciso e non-invasivo in tessuti tumorali profondi. Questa la scoperta di un gruppo di ricerca formato da Sapienza Università di Roma, Istituto dei Sistemi Complessi del Consiglio Nazionale delle Ricerche, Università Cattolica del Sacro Cuore e Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, che è riuscito nella trasmissione di luce laser di intensità estrema attraverso tumori millimetrici. Il risultato, pubblicato su Nature Communications, apre importanti prospettive per nuove tecniche di fototerapia per il trattamento del cancro.

Onde luminose per trasmettere luce laser attraverso tessuti tumorali
Onde luminose estreme possono essere sfruttate per trasmettere luce laser intensa e concentrata attraverso campioni di tessuti tumorali

La luce laser ha potenzialità enormi per lo studio ed il trattamento dei tumori.

Fasci laser in grado di penetrare in profondità in regioni tumorali sarebbero di importanza vitale per la fototerapia, un insieme di tecniche biomediche d’avanguardia che utilizzano luce visibile ed infrarossa per trattare cellule cancerose o per attivare farmaci e processi biochimici.

Tuttavia, la maggior parte dei tessuti biologici è otticamente opaca ed assorbe la radiazione incidente, e questo rappresenta il principale ostacolo ai trattamenti fototerapici. Trasmettere fasci di luce intensi e localizzati all’interno di strutture cellulari è quindi una delle sfide chiave per la biofotonica.

Un team di ricerca di fisici e biotecnologi, guidato da Davide Pierangeli per il Consiglio Nazionale delle Ricerche, Claudio Conti per la Sapienza Università di Roma, e Massimiliano Papi per l’Università Cattolica del Sacro Cuore e la Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, ha scoperto che all’interno di strutture cellulari tumorali possono formarsi degli “tsunami ottici”, onde luminose di intensità estrema note in molti sistemi complessi, che possono essere sfruttate per trasmettere luce laser intensa e concentrata attraverso campioni tumorali tridimensionali di tumore pancreatico.

“Studiando la propagazione laser attraverso sferoidi tumorali – spiega Davide Pierangeli – ci siamo accorti che all’interno di un mare di debole luce trasmessa c’erano dei modi ottici di intensità estrema.  Queste onde estreme rappresentano una sorgente super-intensa di luce laser di dimensioni micrometriche all’interno della struttura tumorale. Possono essere utilizzate per attivare e manipolare sostanze biochimiche”.

“Il nostro studio mostra come le onde estreme, che fino ad oggi erano rimaste inosservate in strutture biologiche, siano in grado di trasportare spontaneamente energia attraverso i tessuti – continua Claudio Conti – e possano essere sfruttate per nuove applicazioni biomediche.

“Con questo raggio laser estremo – conclude Massimiliano Papi – potremmo sondare e trattare in maniera non-invasiva una specifica regione di un organo. Abbiamo mostrato come tale luce può provocare aumenti di temperatura mirata che inducano la morte di cellule cancerose, e questo ha implicazioni importanti per le terapie fototermiche.”

Lo studio, pubblicato su Nature Communications, dimostra uno strumento totalmente nuovo nella cura al cancro.

 

Riferimenti:

Extreme transport of light in spheroids of tumor cells – Davide Pierangeli, Giordano Perini, Valentina Palmieri, Ivana Grecco, Ginevra Friggeri, Marco De Spirito, Massimiliano Papi, Eugenio DelRe, e Claudio Conti – Nature Communications (2023) https://doi.org/10.1038/s41467-023-40379-7

 

Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Medicina

Long COVID: identificati nuovi target molecolari correlati alla perdita dell’olfatto 

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Long COVID olfatto Attuali farmaci e nuove mutazioni del SARS-CoV-2; lo studio computazionale dell'Università degli Studi di Padova

Long Covid: identificati nuovi target molecolari correlati alla perdita dell’olfatto
Un nuovo studio italiano, a cui ha preso parte il Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia Vittorio Erspamer della Sapienza, rivela nuove vie molecolari coinvolte nella diminuzione o perdita dell’olfatto nel long Covid. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Brain, Behavior and Immunity.

La disfunzione olfattoria (OD), nota anche come anosmia o iposmia, ovvero la perdita o riduzione dell’olfatto, è uno degli effetti a lungo termine dell’infezione da Covid-19.

Un nuovo studio interamente italiano, frutto della collaborazione fra la Sapienza Università di Roma (Prof.ssa Roberta Lattanzi; Dott.ssa Daniela Maftei, Dott.ssa Martina Vincenzi del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia “Vittorio Erspamer”) il CNR (Dott.ssa Cinzia Severini, Istituto di Biochimica e Biologia Cellulare, presso Dipartimento di Organi di Senso, Sapienza Università di Roma) e l’Università degli Studi di Roma Tor Vergata (Prof. Nicola Biagio Mercuri, Prof. Francesco Maria Passali, Dott. Tommaso Schirinzi) ha individuato nuove vie molecolari coinvolte in questa manifestazione patologica della sindrome post-Covid. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Brain, Behavior, and Immunity.

Attraverso l’analisi dei neuroni olfattori di pazienti con OD da almeno 6 mesi, i ricercatori hanno dimostrato, rispetto ai soggetti di controllo, un grande aumento nell’attività di due vie infiammatorie strettamente legate alla fisiopatologia dell’olfatto vale a dire la sostanza P (SP) e la prochineticina-2 (PK2). Questo incremento, in correlazione con i test olfattivi, indica l’importanza di tali vie nelle alterazioni a lungo termine della sindrome post-Covid-19.

I neuroni olfattori sono stati ottenuti attraverso il nasal brush, lo spazzolamento della mucosa olfattoria, una tecnica non invasiva che permette di prelevare e poi analizzare questi neuroni simili, per molti aspetti, ai neuroni cerebrali.

“Mentre l’incremento di SP – spiega la Prof.ssa Roberta Lattanzi del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia Vittorio Ersparmer della Sapienza – sembra essere un fattore fondamentale nel processo infiammatorio probabilmente all’origine della tempesta di citochine, l’espressione di PK2 potrebbe invece essere correlata con il recupero delle funzioni olfattive”.

Considerando che le disfunzioni olfattorie post Covid-19 potrebbero essere preludio di potenziali conseguenze neurologiche a lungo termine, individuare nuovi target molecolari può essere utile sia per marcare precocemente condizioni a rischio sia per lo sviluppo di terapie mirate.

Attuali farmaci e nuove mutazioni del SARS-CoV-2; lo studio computazionale dell'Università degli Studi di Padova Long COVID olfatto
Immagine di Gerd Altmann

 

Riferimenti:

Substance P and Prokineticin-2 are overexpressed in olfactory neurons and play differential roles in persons with persistent post-COVID-19 olfactory dysfunction – Tommaso Schirinzi, Roberta Lattanzi, Daniela Maftei, Piergiorgio Grillo, Henri Zenuni, Laura Boffa, Maria Albanese, Clara Simonetta, Roberta Bovenzi, Riccardo Maurizi, Laura Loccisano, Martina Vincenzi, Antonio Greco, Stefano Di Girolamo, Nicola B Mercuri, Francesco M Passali, Cinzia Severini – Brain Behav Immun. 2022. doi: 10.1016/j.bbi.2022.12.017.

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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Sviluppati nuovi rivelatori di radiazioni nanotecnologici efficienti e ultraresistenti a radioattività estreme

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perovskite rivelatori di radiazioni nanotecnologici celle solari di perovskite per uso subacqueo

Milano-Bicocca, sviluppati nuovi rivelatori di radiazioni nanotecnologici efficienti e ultraresistenti a radioattività estreme

Efficienti, altamente scalabili e super resistenti in condizioni estreme. I ricercatori dell’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con il centro ricerche ENEA e l’Università Jao Tong di Shanghai hanno realizzato materiali nanotecnologici perfettamente resistenti alle radiazioni che aprono a nuove frontiere nella fisica delle particelle, nella sicurezza nazionale e nell’esplorazione spaziale

 

Milano, 28 novembre 2022 – Un rivelatore di radiazioni altamente scalabile a base di nanoparticelle di perovskite utile per applicazioni in settori quali energia, spazio e diagnostica medica e capace di interagire con la radiazione ad alta energia in modo efficiente e duraturo e di resistere agli elevatissimi livelli di radioattività presenti all’interno dei reattori nucleari e dei grandi acceleratori di particelle. È il nuovo risultato della collaborazione tra Università di Milano-Bicocca, ENEA, Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo (IMEM) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e Università Jiao Tong di Shanghai.

Frutto dello sforzo congiunto dei gruppi di ricerca del dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca guidati da Sergio Brovelli e Anna Vedda, il lavoro è stato pubblicato oggi su Nature Photonics con il titolo “Extreme γ-ray radiation hardness and high scintillation yield in perovskite nanocrystals” (DOI:10.1038/s41566-022-01103-x).

La rivelazione di radiazione ionizzante, come i raggi X, raggi gamma o di particelle elementari come i neutroni, è di fondamentale importanza in un gran numero di applicazioni tecnologiche e scientifiche, che vanno dalla sicurezza nazionale e industriale, alla fisica delle alte energie e al controllo delle centrali nucleari, dall’esplorazione spaziale fino alla diagnostica medica per immagini, in cui questo tipo di radiazioni sono alla base di esami diagnostici come TAC e PET.

Nell’ambito delle attività relative ai test con radiazioni gamma, ENEA ha messo in campo la facility Calliope del suo Centro Ricerche Casaccia (Roma). Unica in Europa nel campo della qualifica e dello studio della resistenza a radiazioni di materiali, componenti e sistemi biologici per ambienti ostili, Calliope ha consentito di condurre test fino a dosi assorbite estremamente elevate, con un controllo dosimetrico molto accurato.

Per queste tecnologie, sono necessari rivelatori di radiazioni facilmente scalabili su grandi volumi a basso costo, efficienti e stabili nel tempo anche in condizioni di elevata radioattività. Pensiamo ad esempio ai grandi acceleratori di particelle, dove i livelli di radiazione sono talmente elevati che gli esseri umani non possono accedervi. La capacità di mantenere alta efficienza di rivelazione in condizioni così proibitive è alla base della durata operativa degli esperimenti che hanno portato a scoperte sensazionali sull’origine dell’Universo. Lo stesso vale nelle sonde per l’esplorazione spaziale profonda e per lo sviluppo di reattori nucleari di nuova generazione che richiedono monitoraggio costante ed accurato in ambienti con livelli di radioattività ostili.

Gli scintillatori sono materiali che emettono luce a seguito dell’interazione con raggi X, raggi gamma o altre particelle. Perché uno scintillatore soddisfi le caratteristiche di efficienza, resistenza e scalabilità richieste da questi ambiti tecnologici, è necessario che il materiale attivo sia composto da elementi pesanti che hanno grande probabilità di interagire con la radiazione, come il piombo, e che sia utilizzabile per lungo tempo al massimo della sua efficienza. Queste caratteristiche sono molto difficili da realizzare con gli scintillatori commerciali a base di cristalli monolitici massivi.

Gli scintillatori a base di materiali nanotecnologici innovativi offrono la possibilità di raggiungere questi traguardi e rappresentano l’ultima frontiera della rivelazione di radiazione ionizzante.

Sviluppati nuovi rivelatori di radiazioni nanotecnologici efficienti e ultraresistenti a radioattività estreme. Perovskite nella foto di Andrew Silver, USGS (https://library.usgs.gov/photo/#/item/51dc1900e4b0f81004b77ee6), in pubblico dominio

Tra questi, le perovskiti ad alogenuri di piombo sono candidati ideali per la rivelazione di radiazioni. Tuttavia, fino ad ora, il loro potenziale era fortemente limitato dal timore che le radiazioni ad alta energia ne danneggiassero la caratteristica struttura “morbida”.

Fondandosi sulle conoscenze trasversali presenti nel dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, gli scienziati hanno dimostrato che le nanoparticelle di perovskite ad alogenuri di piombo mantengono la loro efficienza di scintillazione in condizioni estreme, paragonabili ai livelli di radiazione accumulati in un intero anno dalle pareti interne di un reattore nucleare o all’interno di Large Hadron Collider del CERN di Ginevra. Questa scoperta apre le porte alle nanotecnologie per lo sviluppo di rivelatori ad alte prestazioni per studi di frontiera nella fisica nucleare e per applicazioni in contesti inaccessibili con approcci tradizionali.
«Le nanoparticelle di perovskite sono materiali molto promettenti per la rivelazione di radiazione ionizzante – spiega Sergio Brovelli, professore ordinario di Fisica sperimentale di Bicocca – in quanto presentano la giusta composizione chimica, elevata efficienza di scintillazione e la possibilità di essere prodotte in grande quantità, a basso costo e con proprietà mirate; aspetti non realizzabili con i comuni scintillatori cristallini».
Tuttavia, fino ad oggi non si sapeva nulla sulla resistenza di questi materiali a livelli di radiazione elevati né erano state individuate strategie per la loro ottimizzazione.

 

«Per prima cosa, – continua Matteo Zaffalon, ricercatore del dipartimento di Scienza dei Materiali – insieme ai nostri partner di Shanghai, abbiamo messo a punto delle strategie chimiche che permettono di realizzare scintillatori con efficienze confrontabili con materiali commerciali».
«Grazie ai colleghi di Enea e CNR, abbiamo studiato le nanoparticelle prima e dopo l’esposizione a elevate dosi di radiazione e, non senza sorpresa, abbiamo riscontrato il perfetto mantenimento delle loro proprietà ottiche e strutturali» – prosegue Francesca Cova, ricercatrice co-autore dello studio.
«Al momento sono in fase di studio nanoscintillatori a base di questi materiali per gli esperimenti di fisica delle alte energie del CERN di Ginevra e per applicazioni radiometriche in ambienti ostili» – conclude Anna Vedda, direttore del dipartimento di Scienza dei materiali di Milano-Bicocca.

 

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Il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca nasce nel 1997 come primo in Italia focalizzato su materiali avanzati e nanotecnologie per ambiti applicativi di grande interesse strategico quali l’energetica, l’elettronica e la fotonica, la nanomedicina e la sensoristica. Il dipartimento, premiato come Dipartimento di Eccellenza dal Ministero dell’Università e della Ricerca italiano dispone di laboratori sperimentali e di calcolo scientifico di ultima generazione dedicati alla ricerca di base ed applicata e fortemente interconnessi con il tessuto industriale high-tech. Tre corsi di laurea triennale, un corso di laurea magistrale e un dottorato di ricerca costituiscono l’ampia offerta didattica di Scienza dei Materiali che mira a formare giovani professionisti con competenze multidisciplinari a forte carattere innovativo sia in fisica che in chimica, adatte alle esigenze contemporanee del mercato del lavoro.

 

CALLIOPE (Centro Ricerche ENEA Casaccia – Roma) – Utile per numerose applicazioni nei settori spazio, energia, fisica delle alte energie e beni culturali, la facility Calliope è tra le eccellenze del programma ASIF (ASI Supported Irradiation Facilities) – network di primo livello delle facilities di irraggiamento a servizio della comunità spaziale nazionale ed internazionale secondo gli standard dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) – e di AIDA 2020, l’infrastruttura avanzata europea del CERN dedicata a rivelatori e acceleratori.
L’ENEA è l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile, ente di diritto pubblico finalizzato alla ricerca, all’innovazione tecnologica e alla prestazione di servizi avanzati alle imprese, alla pubblica amministrazione e ai cittadini, nei settori dell’energia, dell’ambiente e dello sviluppo economico sostenibile.

 

L’Istituto dei Materiali per l’Elettronica ed il Magnetismo (Imem) fa parte del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) e sviluppa attività di ricerca interdisciplinare nell’ambito della scienza dei materiali, che comprendono metodi avanzati di preparazione e caratterizzazione dei materiali e tecnologie di realizzazione di dispositivi, concepiti con l’obiettivo di esplorare e dimostrare le proprietà funzionali dei materiali stessi, nei settori dell’energia, della sensoristica per IOT e sviluppo economico sostenibile e della bio-nano-medicina.
Testo dall’Ufficio Stampa Università di Milano-Bicocca.
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