Studio computazionale DFT e TD-DFT dei dimeri della Rodamina-B

L’oggetto di questo elaborato è lo studio computazionale, a livello della teoria del funzionale della densità (DFT) e della sua formulazione dipendente dal tempo (TD-DFT), dei dimeri della molecola di rodamina-B, parallelo allo sviluppo di una procedura di tuning ottimale del funzionale CAM-B3LYP. Questa molecola, che assume notevole rilevanza nei sistemi light harvesting grazie alle sue proprietà fotochimiche di emissione nel visibile, è impiegata nella sintesi di nanoparticelle (NPs) fluorescenti in ambito di diagnostica medica e bio-imaging, che sfruttano il fenomeno di trasferimento di energia per risonanza (FRET). Per via della notevole importanza che questa molecola riveste nell’ambito della fotochimica, essa è stata oggetto di esperimenti del gruppo di ricerca del laboratorio di biofotonica e farmacologia “Nanochemistry and Bioimaging”, che collabora con il gruppo di chimica computazionale dell’area chimico/fisica del Dipartimento. La dimerizzazione della rodamina all’interno delle NPs può innescare canali di self-quenching che abbassano la resa quantica di fluorescenza, pregiudicando l’efficienza dei dispositivi: l’obiettivo dello studio è la caratterizzazione dei dimeri, in solventi e con controioni diversi, impiegando dei modelli molecolari, per identificarne le specie più stabili e descrivere la fotofisica degli stati elettronici eccitati. Il carattere generalmente charge-transfer (CT) di questi stati elettronici richiede un “tuning ottimale” della metodologia computazionale DFT/TD-DFT per una descrizione quantitativa accurata.

Simulazione event-driven di folle con micro-interazione fisica ed elementi cognitivi

La simulazione computerizzata è uno strumento per prevedere il comportamento di un sistema quando il sistema non è indagabile. Molti sono gli ambiti in cui viene utilizzata. Uno fra questi è l'evacuazione di folle. Le numerose tragedie, conseguenti a situazioni o eventi in presenza di folle, che hanno luogo in ogni parte del mondo a causa dell'incapacità di reagire in maniera coordinata a situazioni di emergenza, rendono necessario un innalzamento della comprensione delle dinamiche che emergono durante l'evacuazione. Molti studi hanno analizzato quelli che sono gli aspetti psicologici dell'essere umano che entrano in gioco in situazioni di panico. Ma è anche necessario considerare che cosa accade a un livello fisico. Questo contributo ha come obiettivo l'introduzione, all'interno del simulatore Alchemist, di elementi di micro-interazione fisica che possano fare da ponte a ciò che accade a livello cognitivo, così che sia possibile far emergere caratteristiche osservabili, come spinte e cadute, nell'ottica di aumentare il realismo nelle simulazioni di evacuazione di folle.

Impiego degli scarti della molluschicoltura di Goro come sottoprodotto in applicazioni edilizie: fattibilità normativa e proprietà tecniche applicative.

Nello studio condotto si è voluto indagare in modo preliminare la fattibilità dal punto di vista normativo e tecnico di attuare operazioni di recupero di materia su scarti prodotti dagli stabilimenti di molluschicoltura di Goro, con il fine di inserirli in un progetto più ampio di costruzione di barriere sommerse a protezione del litorale. Attraverso dati produttivi è stato analizzato innanzitutto il contesto territoriale nel quale si colloca questa attività. E' stato ripercorso il destino ambientale che attende gli scarti in uscita all'impianto e con l'ausilio delle normative in materia di rifiuti si è cercato di delineare possibili scenari migliorativi rientranti nei principi dell'economia circolare, mostrandone i rispettivi vantaggi e requisiti. Ipotizzata l'alternativa migliore, infine si sono studiate le caratteristiche tecniche del capulerio al fine di destinarlo ad un impiego in campo edile, attraverso prove condotte in laboratorio e studi presenti in letteratura.

Uno studio della massima energia raggiungibile da nuove classi di acceleratori cosmici

I raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposto qualunque corpo celeste dell’Universo. Possono essere leptoni, mesoni, barioni o loro stati aggregati, ad un energia che spazia diversi ordini di grandezza rendendo così la loro natura e la loro origine complessa da studiare. Risulta interessante la massima energia che essi possono avere, ma non risulta semplice studiare come riescono a raggiungerla. Una classe di raggi cosmici sui quali le informazioni sono ancora scarse sono gli ultra high energy cosmic rays (UHECRs), ovvero i raggi cosmici con un’energia superiore a 1e18 eV. Oltre ad essere molto raro rilevarli, non si `e nemmeno a conoscenza da cosa possano essere originati. In questo testo verrà spiegato come un raggio cosmico può accrescere la sua energia e verrà stimato se tre potenziali sorgenti possano o meno generare raggi cosmici ad altissima energia. Si osserva che i tre candidati, ovvero i filamenti cosmici, il ponte intracluster tra Abell 0399 e Abell 0401 e la radiogalassia gigante Alcioneo, non soddisfano le caratteristiche per essere la fonte di UHECRs ad altissima energia, potendo al più raggiungere energie di 3.5e19 eV, a patto che i raggi cosmici siano composti da nuclei di ferro.

Ottimizzazione della selezione dei decadimenti Λ 0 b → pK− e Λ 0 b → pπ− per la misura delle asimmetrie di CP

In questa tesi è presentato il lavoro svolto per ottimizzare le selezioni dei decadimenti Λ 0 b → pK− e Λ 0 b → pπ− al fine di misurarne le asimmetrie di CP. Il campione di dati utilizzato corrisponde ad una luminosità integrata di 6 fb−1, raccolto dall'esperimento LHCb in collisioni protone-protone ad un'energia nel centro di massa di 13 TeV. L'ottimizzazione della selezione è di fondamentale importanza nello studio di questi decadimenti, per ottenere la minor incertezza statistica possibile sulle asimmetrie misurate. Il lavoro svolto in questa tesi ha portato ad avere incertezze statistiche sulle singole asimmetrie di CP pari a: σ(A pK CP ) = 0.76%, σ(A pπ CP) = 0.95%, che risultano essere minori di circa un fattore due rispetto ai risultati già pubblicati dalla Collaborazione LHCb. Il lavoro svolto in questa tesi sarà parte della pubblicazione dei risultati ottenuti su rivista internazionale, prevista per il 2023

Fisica dell'accrescimento

L’accrescimento è un fenomeno di assoluta rilevanza in astrofisica per il fatto di essere uno dei meccanismi di produzione energetica più efficienti conosciuti. Inoltre esso riveste un ruolo fondamentale sia nella caratterizzazione di oggetti astronomici noti come AGN, che per la descrizione di sistemi binari in cui una stella è nella condizione di trasferire parte della propria massa alla compagna. Nell’Introduzione è messa in risalto l’elevata efficienza del processo di accrescimento, soprattutto se confrontata con una delle reazioni termonucleari più celebri come la catena protone-protone. Sono poi mostrati alcuni aspetti qualitativi riguardanti gli AGN e il modo in cui alcune loro particolarità possono essere giustificate proprio grazie ai fenomeni di accrescimento. Il Capitolo 2 è dedicato alla determinazione della luminosità di Eddington, ovvero quel valore limite di luminosità che un corpo in accrescimento può raggiungere e che, se superato, determinata l’innescarsi di processi che portano l’accrescimento a rallentare. All’interno del Capitolo 3 è analizzato il modello di Bondi per l’accrescimento di un oggetto compatto immerso in una distribuzione infinita di gas. Il modello preso in considerazione rappresenta la versione più semplice del modello di Bondi, che fornisce una soluzione idrodinamica e che, tuttavia, presenta ipotesi molto stringenti. Per tale motivo a fine capitolo è stato aggiunto un primo sguardo al problema di Bondi in presenza di electron scattering, andando a vedere il modo in cui questo influenza i risultati classici precedentemente ottenuti. Infine, nel Capitolo 4 è introdotto il problema dell’accrescimento all’interno di sistemi binari in modo da mettere in luce i principali meccanismi che possono dare vita all’accrescimento e le ipotesi sotto le quali questi possono avvenire.

La divulgazione dell'astronomia in Italia: il caso del passaggio della Cometa di Halley

Negli ultimi decenni, nella storia delle scienze si è sviluppato un certo interesse per la comunicazione delle discipline verso un pubblico di non specialisti, indicata come divulgazione scientifica. Spesso tale interesse è limitato al mondo anglosassone, mentre per altri Paesi poco è stato scritto. Per quanto riguarda l’Italia la letteratura è ancora abbastanza confinata ai primi decenni successivi all’unificazione nazionale. Si vuole qui fornire un caso di studio per la divulgazione italiana di inizio Novecento, che permetta di osservare come venivano comunicate l’astronomia e la fisica e come esse interagissero nella diffusione delle nuove idee scientifiche: il passaggio della cometa di Halley del 1910 nelle parole del fisico Augusto Righi e dell’astronomo Elia Millosevich. Per contestualizzarle, si affrontano la storia della divulgazione scientifica, con la specificità italiana, e lo sviluppo avvenuto nell’astronomia a partire dall’Ottocento. Si identificano successivamente i criteri di analisi applicati ai testi considerati, partendo dalla letteratura di ricerca in storia e sociologia della scienza. Si traccia poi l’evolversi delle conoscenze sulle comete al passare dei secoli. Si affronta il contesto storico, sociale e culturale in cui si muovono Millosevich e Righi. Di quest’ultimo, fisico bolognese di rilevanza internazionale, si abbozza una breve biografia. Sono poi esposti l’analisi e il confronto dei testi “Sulle comete e in ispecial modo sulla cometa di Halley” di Elia Millosevich e “Comete ed elettroni” di Augusto Righi e si propone uno spunto per possibili studi futuri riguardanti i cambiamenti nella comunicazione scientifica avvenuti nel corso del ventesimo secolo, col ritorno del 1986 della cometa. Infine, nelle Appendici si trovano vari approfondimenti. Nell’affrontare le differenti contestualizzazioni storiche e scientifiche si fa uso sia di letteratura di ricerca che di fonti primarie, risalenti ai diversi periodi considerati.

Tra protagonismo europeo e tutela della sovranità nazionale: la Francia e la Difesa dell'Unione Europea

L’Unione europea è un progetto politico ed economico unico nel suo genere: un graduale e progressivo cammino che ha condotto le nazioni europee a concepire accordi di diversa natura, i quali hanno concesso di avviare un processo di unificazione. Il tema della sicurezza e della difesa dell'Unione europea è stato a lungo trattato come un aspetto quasi marginale nello scenario della politica d’integrazione europea. I risultati ottenuti in materia di sicurezza restano legati alla convergenza o alla divergenza degli approcci nazionali sui principali temi che la difesa europea dovrebbe affrontare per garantire gli interessi comuni dell’Unione. Nel corso degli anni, ci sono stati Paesi europei, le quali politiche assunte a livello nazionale, hanno influito maggiormente sullo sviluppo dei processi di integrazione: tra questi troviamo la Francia.

Analisi di stabilità della tomba Lattanzi nell'area archeologica della necropoli di Norchia

La tematica al centro della tesi è la valutazione della stabilità del versante roccioso in cui si colloca la tomba Lattanzi, facente parte della necropoli Norchia (VT), e la proposta preliminare di interventi a basso impatto per la conservazione del sito. Le attività svolte sono riportate di seguito: - inquadramento geografico, storico ed archeologico della necropoli di Norchia e della tomba Lattanzi; - inquadramento geologico e geomorfologico sviluppato consultando la carta geologica d’Italia in scala 1:50.000 e carte tematiche riguardanti la zona di interesse, comprese quelle del progetto IFFI (Inventario dei Fenomeni Franosi in Italia); - inquadramento sismico dell’area, condotto a partire dai dati forniti dall’INGV per il comune di Viterbo; - inquadramento meteo-climatico del comune di Viterbo; - inquadramento topografico attraverso nuvola di punti generata da rilievo laser scanner; - caratterizzazione fisica e meccanica del materiale roccioso tramite prove di laboratorio; - caratterizzazione delle discontinuità tramite rilievi in situ; - classificazione tecnica dell’ammasso; - creazione di un modello geotecnico del sottosuolo; - analisi cinematica effettuata tramite il programma Dips®; - analisi con il metodo dell’equilibrio limite e analisi numerica effettuata tramite il programma Plaxis®; - elaborazione dei risultati ottenuti e proposte di intervento quali: Intervento con ancoraggi passivi e sottofondazione al piede della tomba con una muratura in conci di tufo. Le analisi svolte, seppur semplificate, consentono di definire i possibili fenomeni di instabilità del versante nelle condizioni attuali e, in una ottica di conservazione preventiva, di effettuare scelte di gestione del sito che evitino interventi impattanti.

Applicazione della metodologia LCA alle cassette a sponde abbattibili

A partire dagli anni ’70, il modello di sviluppo legato alla crescita economica ha cominciato ad essere messo in discussione ed è iniziato ad emergere un nuovo modello basato sulla sostenibilità, nel quale lo sviluppo non è solo economico, ma anche sociale ed ambientale, e che tiene conto non solo dei bisogni attuali ma anche di quelli futuri. Al fine di analizzare in maniera scientifica queste problematiche, nel corso dei decenni successivi sono state create delle metodologie utili a quantificare l’impatto ambientale legato al ciclo di vita dei prodotti, in modo tale da individuare dei miglioramenti da implementare nelle fasi critiche individuate. Una delle metodologie più diffuse è quella del Life Cycle Assessment (LCA), la quale quantifica i flussi di materia ed energia appartenenti ad un ciclo di vita di un prodotto e ne valuta gli impatti ambientali. L’obiettivo dell’analisi LCA elaborata in questa tesi è valutare lo scenario as-is di produzione delle cassette a sponde abbattibili utilizzate nella filiera dell’ortofrutta di CPR System, ma anche valutare scenari alternativi ad esso ed identificare possibilità di migliorare il modo in cui vengono prodotte le cassette, in modo da facilitare il raggiungimento di specifici obiettivi di performance ambientali, sempre più necessari nell’attuale panorama industriale. Partendo dalla progettazione di un database e dalla raccolta dati del sistema aziendale analizzato, l’elaborato descrive la modellizzazione del ciclo di vita attraverso il software SimaPro e delle fasi eseguite per individuare le criticità principali e valutare scenari alternativi per ridurre l’impatto delle cassette a sponde abbattibili prodotte.

Discriminazione n/γ tramite l'analisi della forma dell'impulso di uno scintillatore di stilbene deuterato

Nel corso degli ultimi decenni sono stati eseguiti diversi esperimenti volti alla misura della lunghezza di scattering neutrone-neutrone, ma alcuni risultati si sono rivelati discordanti e ad oggi essa è ancora nota con insufficiente precisione, a causa della complessità del problema sia dal punto di vista teorico che sperimentale. Una migliore conoscenza di questa grandezza può fornire importanti informazioni sulla natura dei nucleoni e sulle loro interazioni. È stato quindi proposto un esperimento volto alla misura della lunghezza di scattering neutrone-neutrone al CERN di Ginevra, presso la facility n_TOF, sfruttando gli aggiornamenti apportati alle aree sperimentali e alla sorgente di neutroni negli ultimi anni. L'esperimento prevede di utilizzare la reazione di breakup del deuterio tramite l'impiego di un target attivo, composto da un bersaglio di stilbene deuterato (stilbene-d12) che funge anche da materiale scintillatore. Per verificare la fattibilità dell'esperimento sono stati eseguiti dei test preliminari presso la facility del National Center for Scientific Research (NCSR) Demokritos, irradiando il target attivo con neutroni e raggi γ a diverse energie e utilizzando due tipi diversi di sensori fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) nel sistema di rivelazione. In questa tesi sono stati analizzati dei segnali provenienti da questi test, valutando la possibilità di eseguire discriminazione n/γ sfruttando la tecnica della Pulse Shape Discrimination (PSD).

Analisi della migrazione cellulare in vitro in presenza e in assenza di un campo elettrico

La galvanotassi, la migrazione cellulare stimolata dalla presenza di un campo elettrico esogeno o endogeno, `e stata oggetto di studi sin dalla fine del diciannovesimo secolo. Nonostante la molteplicità di lavori a riguardo, non c’`e uniformità. a nelle tecniche sperimentali, se non per il fatto che il campo elettrico viene generato tramite una configurazione a cella elettrolitica, detta anche a generazione interna di campo elettrico. Scopo di questa tesi `e analizzare e caratterizzare la migrazione di cellule isolate in vitro in presenza e in assenza di un campo elettrostatico esterno, rendendola originale rispetto a studi precedenti. La differenza nella configurazione sperimentale `e fondamentale per spiegare le caratteristiche dei moti osservati. Per la procedura sperimentale sono state usate come campione cellule di linea di origine tumorale denominate T98G adese a una piastra in polistirene posta, non a contatto, tra due piastre in rame cariche. Sono state acquisite micrografie in contrasto di fase a intervalli regolari inizialmente in una fase di controllo, quindi applicando un campo elettrostatico, cos`ı da poter analizzare il moto cellulare nelle diverse condizioni. In particolare, l’analisi del tracking di singole cellule selezionate sulla base di criteri stabiliti a priori ha permesso di evidenziare un moto isotropo, indipendentemente dalla presenza del campo elettrostatico. Invece, mostrando che i dati sperimentali delle distanze e delle velocita seguono distribuzioni Gamma, si osserva che dipende dalla presenza del campo elettrostatico la maggiore probabilità che una cellula si sposti pi`u della media. Infine, `e stato possibile determinare che l’influenza del campo elettrostatico sul moto delle cellule non dipende dalla posizione di queste rispetto alle piastre. Il lavoro svolto in questa tesi sarà parte dei risultati inseriti in una pubblicazione su rivista internazionale.

Le onde gravitazionali: dalla geometria differenziale al LIGO

Le onde gravitazionali, la cui prima osservazione diretta risale al 2015, sono una delle predizioni più importanti della Relatività Generale di Einstein. In questo lavoro di tesi triennale si vuole fornire uno studio approfondito di tale fenomeno. A tale scopo la trattazione è stata suddivisa in tre capitoli: Nel primo capitolo si getteranno le basi della geometria differenziale, fondamentale per la formulazione della Relatività Generale, introducendo tutte le nozioni ed i teoremi fondamentali per questa teoria. Nel secondo introdurremo i principi alla base della formulazione della teoria della Relatività Generale. Successivamente scriveremo le equazioni di campo di Einstein e ne ricaveremo una prima soluzione esatta (la soluzione di Schwarzschild). Grazie alle conoscenze che verranno introdotte nei primi due capitoli, nell'ultimo potremo studiare in dettaglio il fenomeno delle onde gravitazionali: come si ricavano a partire dalle equazioni di Einsten, come si propagano, come interagiscono con la materia, come si possono rilevare, ...

Mappatura della potenza degli echi del radar MARSIS per l'identificazione della presenza di ghiaccio nel terreno marziano

La superficie marziana è stata analizzata per decenni con immagini e tecniche spettroscopiche, sensibili alle proprietà dei primi millimetri e micrometri del terreno. Le zone sotto la superficie sono state studiate solo indirettamente fino al 2001, quando venne sviluppata la missione Mars Odyssey. Successivamente, è stato lanciato il Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosfere Sounding (MARSIS) a bordo di Mars Express, con l'obiettivo di ricercare ghiaccio e acqua sul pianeta rosso. In questo lavoro è stata mappata la potenza degli echi raccolti da MARSIS, ottenuti ad una frequenza di 4.0 MHz, ispirandosi al lavoro descritto in Mouginot et al. (2010). I valori utilizzati sono stati selezionati tenendo conto degli effetti dell'attenuazione del segnale da parte della ionosfera e della rugosità della superficie. Dalle mappe degli echi, risultanti dall'analisi, si è potuta ricavare la costante dielettrica dello strato sotto la superficie. I dati sono stati normalizzati con una simulazione dei segnali di MARSIS, ottenuta a partire dalla topografia del Marsis Orbiter Laser Altimeter (MOLA). Si osserva che le proprietà dielettriche variano con la latitudine, con valori alti tra 20° e 40° e più bassi ai poli e all'equatore. Le tre zone di maggiore interesse, ovvero le due calotte polari e la Formazione Medusae Fossae, appaiono in blu nella Fig. 4.5. Ciò suggerisce che siano costituite da materiali con una costante dielettrica compresa tra 2 e 4, tipica del ghiaccio. Si pensa, però, che esse possiedano diverse quantità di impurità.

Algoritmo di tagging di raggi cosmici in un sistema di acquisizione triggerless per un esperimento di fisica di particelle su fascio

I raggi cosmici sono una fonte naturale di particelle ad alta energia di origine galattica e extragalattica. I prodotti della loro interazione con l’atmosfera terrestre giungono fino alla superficie terrestre, dove vengono rilevati dagli esperimenti di fisica delle particelle. Si vuole quindi identificare e rimuovere questo segnale. Gli apparati sperimentali usati in fisica delle particelle prevedono dei sistemi di selezione dei segnali in ingresso (detti trigger) per rigettare segnali sotto una certa soglia di energia. Il progredire delle prestazioni dei calcolatori permette oggi di sostituire l’elettronica dei sistemi di trigger con implementazioni software (triggerless) in grado di selezionare i dati secondo criteri più complessi. TriDAS (Triggerless Data Acquisition System) è un sistema di acquisizione triggerless sviluppato per l’esperimento KM3NeT e utilizzato recentemente per gestire l’acquisizione di esperimenti di collisione di fascio ai Jefferson Lab (Newport News, VA). Il presente lavoro ha come scopo la definizione di un algoritmo di selezione di eventi generati da raggi cosmici e la sua implementazione come trigger software all’interno di TriDAS. Quindi si mostrano alcuni strumenti software sviluppati per costruire un ambiente di test del suddetto algoritmo e analizzare i dati prodotti da TriDAS.