Lo European Research Council (ERC) ha assegnato a Elisabetta Baracchini, assistant professor al GSSI Gran Sasso Science Institute e ricercatrice all’INFN, e a Massimiliano Fiorini, ricercatore all’INFN e tenure track associate professor all’Università di Ferrara, due Consolidator Grant del valore rispettivamente di 1.995.719€ e 1.975.000€. Gli ERC Consolidator Grant sono finanziamenti europei prestigiosi che vengono assegnati a ricercatori eccellenti di qualsiasi nazionalità ed età, con almeno sette e fino a dodici anni di esperienza dopo il dottorato, e un curriculum scientifico promettente. I ricercatori devono svolgere il proprio lavoro in un'organizzazione di ricerca pubblica o privata con sede in uno degli Stati membri dell’UE o dei paesi associati. Il finanziamento (in media di 2 milioni di euro per grant) è previsto per un massimo di cinque anni e copre principalmente l'impiego di ricercatori e altro personale per consolidare il gruppo di lavoro dei beneficiari.
Il progetto proposto da Elisabetta Baracchini, INITIUM (an Innovative Negative Ion TIme projection chamber for Underground dark Matter searches), ha come obiettivo la realizzazione di un rivelatore innovativo per la ricerca diretta di materia oscura, oggi uno dei settori di indagine di punta della fisica fondamentale. INITIUM prevede lo sviluppo e la realizzazione di una Time Projection Chamber (TPC, camera a proiezione temporale) a gas di 1 m3 di volume, capace di ricostruire con grande precisione in 3D le tracce degli eventi rivelati. Questo sarà possibile grazie a una lettura ottica basata su Photo Multiplier Tubes (PMT) e telecamere CMOS, combinata a una peculiare miscela di gas che induce la deriva di ioni negativi (piuttosto che di elettroni, come le TPC tradizionali). “Credo che l’approccio proposto sia in grado di far progredire il settore in particolare e i rivelatori TPC in generale, – spiega Elisabetta Baracchini – per la sua capacità di discriminazione attiva di neutroni ed elettroni fino a basse energie, per la sua versatilità in termini di materiale impiegato come target, ma soprattutto per la capacità di determinare la direzione di provenienza delle tracce, caratteristica che garantisce la possibilità di identificare inequivocabilmente un segnale di materia oscura”. Il progetto, della durata di 5 anni, prevede l’installazione di INITIUM ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN.
Il progetto proposto da Massimiliano Fiorini, 4DPHOTON (Beyond Light Imaging: High-Rate Single-Photon Detection in Four Dimensions), prevede lo sviluppo di uno strumento innovativo in grado di rivelare fotoni singoli nel tempo e nello spazio (rivelazione in 4 dimensioni) con risoluzioni combinate mai ottenute in precedenza. Il rivelatore sarà in grado di localizzare fotoni con risoluzioni spaziali di alcuni micrometri e risoluzioni temporali di poche decine di picosecondi, con flussi fino a 1 miliardo di fotoni al secondo con un rumore di fondo trascurabile. “I rivelatori attualmente disponibili o hanno risoluzioni spaziali eccellenti ma sono lenti, o sono veloci ma con scarsa risoluzione spaziale, o sono molto rumorosi”, spiega Massimiliano Fiorini. “L’obiettivo di 4DPHOTON è colmare il gap tecnologico esistente: questo rivelatore avrà un grande impatto in tutte quelle discipline in cui è necessario misurare con grande precisione posizione e tempo di singoli fotoni simultaneamente, come, ad esempio, in fisica delle alte energie e in biologia, ma non solo”. Il progetto, che si svilupperà in 5 anni, verrà realizzato da scienziati di tre diversi istituti, coordinati da Massimiliano Fiorini: l’INFN con la Sezione di Ferrara, l’Università degli Studi di Ferrara e il CERN di Ginevra. Nel progetto è prevista l’applicazione del nuovo rivelatore all’identificazione di particelle cariche (adroni) nei futuri esperimenti al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, e nel campo della microscopia a fluorescenza.
Elisabetta Baracchini ha iniziato la sua attività scientifica a BaBar, uno dei più avanzati esperimenti di fisica delle particelle per lo studio della asimmetria materia-antimateria su un acceleratore elettroni-positroni. Ha proseguito la sua carriera come postdoc e ricercatore per l’Università di Irvine, il laboratorio KEK e l’Università di Tokyo, a MEG, un esperimento di alta precisione su un target fisso per la ricerca di segnali oltre il modello standard, in cui ha ampliato il suo know-how nella rivelazione di particelle cariche nei rilevatori a gas. Quando MEG ha iniziato a lavorare sull’aggiornamento degli apparati, Baracchini ha chiesto esplicitamente di partecipare al lavoro di R&D dell’hardware e ha realizzato personalmente alcuni prototipi della nuova camera a deriva di MEG II. Con questi, ha effettuato diversi test decisivi per il progresso di MEG II, come co-responsabile e visiting scientist del gruppo MEG di Pisa. Forte dell’esperienza acquisita in quegli anni, ha recentemente spostato la sua attenzione su rivelatori per materia oscura e neutrini. Nel 2015 ha ricevuto una Marie Słodowska-Curie Individual Fellowship per la proposta originale di NITEC, una TPC a ioni negativi per le ricerche direzionali di materia oscura. Il suo innovativo lavoro con NITEC e la sua passione per questo settore hanno portato presto a una posizione di leadership nel progetto internazionale CYGNUS e negli studi di R&D per TPC a lettura ottica, finanziati dall’INFN, CYGNUS-RD. Il progetto ERC INITIUM rappresenta il consolidamento di tutte queste recenti attività in un esperimento innovativo per le ricerche di materia oscura.
Massimiliano Fiorini ha lavorato al CERN di Ginevra come Fellow, poi come postdoc con un cofinanziamento Marie Curie Actions presso l’Université Catholique de Louvain (Belgio), e successivamente come Staff sempre al CERN. E’ risultato vincitore di un grant “Futuro in Ricerca” del MIUR come co-investigator: rientrato in Italia, lavora attualmente presso l’Università degli Studi di Ferrara e la Sezione INFN di Ferrara. Sin dalla laurea Fiorini si è occupato di fisica delle interazioni fondamentali prendendo parte agli esperimenti NA48, H8-RD22, NA62 e LHCb, dedicandosi soprattutto allo sviluppo di rivelatori di particelle innovativi. In particolare ha realizzato, nell’ambito dell’esperimento NA62, un rivelatore a pixel di silicio capace di misurare il tempo di passaggio di particelle cariche con 100 picosecondi di risoluzione (progetto Gigatracker). Nell’ambito di LHCb ha sviluppato il nuovo rivelatore RICH che sarà installato al CERN negli anni 2019-2020, basato su rivelatori di singolo fotone ed elettronica veloce e resistente alle radiazioni. Ha ricoperto i ruoli di Run Coordinator per gli esperimenti H8-RD22 e la fase 1 di NA62 al CERN. Dal 2013 è membro dell’esperimento LHCb, ed è recentemente diventato team leader del gruppo ferrarese di LHCb al CERN. È inoltre responsabile nazionale dell’esperimento AEQUO, finanziato dall’INFN, che prevede lo sviluppo – in collaborazione con il dipartimento di Morfologia, chirurgia e medicina sperimentale dell’Università di Ferrara - di un apparato per la misura di fotoni visibili emessi in processi di luminescenza per applicazioni biomedicali.
