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.

Analisi del ruolo del ritmo alfa nell'attenzione attraverso un modello neurocomputazionale.

Negli ultimi anni, la ricerca scientifica nell’ambito delle neuroscienze cognitive ha sempre più focalizzato il suo interesse nei confronti dei ritmi cerebrali, ovvero oscillazioni neurali registrabili attraverso tecniche di elettrocenfalografia. In questo lavoro si è investigato il ruolo del ritmo alpha (7-12 Hz) e, in seconda misura, del ritmo gamma (> 30 Hz) rispetto all’attenzione spaziale selettiva. In particolare, partendo da modelli di massa neurale esistenti, si è riusciti a sviluppare un nuovo modello che riesce a simulare un compito di attenzione spaziale sulla base dell’inibition timing hypothesis, che assegna alle onde alpha un ruolo essenziale al fine di trascurare gli stimoli non rilevanti rispetto al compito da svolgere. Successivamente, è stato indagato l’effetto sul modello di alcune degenerazioni neurali tipiche di una delle patologie maggiormente invalidanti, la schizofrenia. Nello specifico, sulla base di evidenze sperimentali che riportano un calo della potenza delle onde gamma nei soggetti schizofrenici a causa della degenerazione degli interneuroni inibitori con dinamica sinaptica veloce, si è riusciti a simulare la progressiva alterazione neurale indotta dalla schizofrenia in termini di incapacità di inibire gli stimoli interferenti.

Dimensionamento dei lotti economici di produzione nel settore delle lavorazioni meccaniche: il caso Bonfiglioli Riduttori S.p.A.

Il presente elaborato si propone di studiare una soluzione ottimale per il dimensionamento di lotti economici di produzione nel settore lavorazioni meccaniche: il caso è stato studiato presso l’azienda Bonfiglioli Riduttori S.p.A all’interno del plant EVO, situato a Calderara di Reno (BO). Bonfiglioli Riduttori S.p.A è un’azienda che opera a livello globale occupandosi dell’intero ciclo di progettazione, produzione e distribuzione di una gamma completa di motoriduttori, dispositivi di azionamento, riduttori epicicloidali ed inverter. Il plant EVO è composto da due aree, produzione e assemblaggio, tra i quali è presente un magazzino che funge da buffer interoperazionale, contenente tutti i componenti necessari per il montaggio dei riduttori. L’obiettivo che ci si è posti è stato quello di trovare il lotto economico di produzione che fosse in grado di minimizzare i costi di gestione delle scorte ed i costi di set up della produzione, garantendo che non vi fossero rotture di stock, ossia mancanza di materiale con corrispondenti fermi macchina nel reparto assemblaggio. Ci si è concentrati sul ciclo di lavoro di uno dei componenti principali del riduttore, le corone in acciaio, e sono stati analizzati i seguenti modelli: i modelli di gestione tradizionale delle scorte, quali il modello del Lotto Economico di Acquisto (EOQ) ed il modello del Lotto Economico di Produzione (EMQ) ed il modello di gestione integrata delle scorte, noto come Consignment Stock. Studiando i risultati ottenuti è emerso che la soluzione ideale che verrà implementata a partire dai prossimi mesi è quella ibrida, ossia per i codici caratterizzati da bassi volumi si procede con i lotti calcolati attraverso il Consignment stock, caratterizzati da lotti con volumi elevati che comportano pochi set up, mentre per i codici alto rotanti si è cercato di aumentare il più possibile il numero di set up per abbassare il volume di ogni lotto e di conseguenza i costi di giacenza a magazzino.

Valutazione del rischio ed analisi di affidabilità della modellazione numerica del comportamento espansivo di terreni argillosi

Il lavoro di tesi presentato ha come obiettivo la valutazione delle potenzialità del metodo di risk assessment per la stima dei rischi nel campo della progettazione geotecnica. In particolare, è stata approfondita l’applicazione dei metodi di trattamento dell’incertezza alla modellazione numerica di terreni caratterizzati da alcune tipologie di argille, il cui comportamento, al variare del grado di saturazione, può oscillare tra ritiro e rigonfiamento, provocando dissesti alle strutture sovrastanti. Ai modelli numerici creati sono stati associati dei modelli probabilistici sui quali sono state eseguite delle analisi di affidabilità associate a parametri del terreno opportunamente scelti in funzione dell’influenza sul meccanismo espansivo del suolo. È stata scelta come soglia, e dunque come stato limite, per il calcolo della probabilità di fallimento, il movimento massimo caratteristico del terreno ottenuto applicando il metodo di Mitchell per i due fenomeni. Questo metodo è adottato nelle Australian Standards, uno dei riferimenti scientifici più rilevanti per la progettazione su suoli espansivi, nonché normativa vigente in Australia, territorio ricco di argille attive. Le analisi hanno permesso di condurre alcune riflessioni circa la conservatività dei termini da normativa, fondati su approcci di carattere puramente deterministico, mostrando come a piccole variazioni plausibili degli input nel modello numerico, si possano ottenere variazioni discutibili nei risultati, illustrando così i vantaggi che comporta il trattamento dell’incertezza sui dati.

Le startup sport tech in Italia: struttura dell'ecosistema e il caso dell'acceleratore WeSportUp

L'ecosistema dello sport tech, caratterizzato dalle complesse relazioni che avvengono tra chi sviluppa innovazione per lo sport, chi ne usufruisce e chi investe su di essa, ha vissuto una vera e propria impennata negli ultimi 5 anni, sia in termini di investimenti che di nascita di nuove realtà. Nel corso degli ultimi 3 anni in particolare, lo sport tech ha saputo fronteggiare in maniera ottimale la crisi pandemica, che avrebbe potuto destabilizzare il sistema causandone un forte rallentamento, mentre in realtà ha permesso alle startup di dimostrare alle organizzazioni sportive e agli investitori le proprie capacità di innovare i modelli di business per rispondere a cambiamenti improvvisi e imprevedibili degli scenari. Nonostante la svolta vissuta a livello globale, in Italia le startup dello sport tech si trovano in una condizione singolare: nonostante operino in un settore di grande interesse per il Paese (muove circa il 3% del Pil) caratterizzato da un forte interesse, trovano difficoltà importanti nel momento in cui si trovano a dover rendere scalabile il proprio business, fondamentalmente per la mancanza di un ecosistema strutturato che regoli le interazioni tra i vari attori. Lo scopo di questa tesi è quello di fornire, in primo luogo, una contestualizzazione dell'ecosistema a livello globale, attraverso l'analisi di report e di alcuni successi di startup internazionali, e successivamente di analizzare la situazione italiana, evidenziando i motivi per cui non si può ancora parlare di ecosistema sport tech nonostante la presenza di diversi casi di successo, e documentando gli sforzi attualmente in essere finalizzati alla creazione del suddetto ecosistema, ovvero l'incubatore di startup sport tech Wylab e l'acceleratore WeSportUp. Per la ricostruzione delle attività di questi ultimi, si è fatto ricorso a dichiarazioni di addetti ai lavori ed esperti del settore, rilasciate durante video interviste sul web, masterclass o colloqui con i diretti interessati.

Conversione e ri-funzionalizzazione del Mercato Coperto di Rimini

La città di Rimini negli anni della Ricostruzione, a causa delle ampie distruzioni e alla crescita del turismo, è stata sottoposta ad un processo di compromissione dell’identità storica e d’impoverimento del patrimonio architettonico esistente. La tesi verte nell’elaborazione di una proposta progettuale di conversione e rifunzionalizzazione del Mercato Coperto di Rimini, appartenente al centro storico della città, in cui diverse stratificazioni del palinsesto architettonico sono parzialmente sopravvissute all’opera di speculazione edilizia. Col fine di comprendere le diverse stratificazioni presenti all’interno dell’area d’intervento, si è svolta un’analisi storica, individuando come la frammentazione dell’attuale contesto sia debitrice alla mancanza di un piano organico di ricostruzione. Indentificando l’edificio del Mercato Coperto come il fabbricato con le maggiori problematiche all’interno dell’area, si è quindi proceduto ad analizzare il tema architettonico del mercato coperto, approfondendo lo sviluppo dei diversi modelli storici ed analizzando come lo scenario attuale sia in parte debitore al processo di specializzazione che ha coinvolto questo tipo di spazi. La proposta progettuale verte sul superamento dell’attuale modello di riferimento adottato dal Mercato Coperto, che rifiuta il dialogo con il contesto circostante, acuendo le problematiche intrinseche di esso. Gli spazi interni sono stati convertiti grazie all’inserimento di nuovi volumi, capaci di ospitare un mercato coperto, una biblioteca e una piazza coperta, rielaborando in ottica moderna la coesistenza di funzioni sociali e commerciali tipiche dei modelli di riferimento più antichi. All’esterno l’edificio è stato dotato di spazi di mediazione con il contesto grazie alla trasformazione dell’involucro edilizio e all’inserimento velari mobili che definiscono una nuova piazza a disposizione della comunità e un nuovo ingresso, capace di risolvere la tensione con il patrimonio storico preesistente.

Studio di fattibilità di un sensore autoalimentato per misure di corrente nelle reti filoviarie

Negli ultimi anni vi è stato un aumento della sensibilità in merito alle tematiche ambientali e questo ha riguardato anche il settore della mobilità, spingendo sempre più verso l’elettrificazione dei trasporti. Una delle possibilità per elettrificare i trasporti sono le reti filoviarie. Di quelle già esistenti, però, la maggior parte è stata realizzata nel secolo scorso. Inoltre, non vengono effettuate misure per valutare quale sia lo stato del carico sulla rete. In questa tesi si è valutata la fattibilità di realizzazione di un sensore non intrusivo per la misura delle correnti sulle filovie di reti esistenti, al fine di poter ottenere i dati relativi ai flussi di potenza e permettere quindi, in futuro, una migliore gestione della rete. Per effettuare la misura di corrente in modo non invasivo si è pensato di utilizzare un sensore di campo magnetico stazionario. Per valutare l’intensità del campo magnetico, al fine di scegliere il sensore che si confacesse alle caratteristiche dell’applicazione, si è proceduto a sviluppare diversi modelli per rappresentare i conduttori della filovia. Da queste simulazioni è stato inoltre possibile valutare quale fosse la posizione più idonea al collocamento del sensore. Per l’alimentazione del sensore, si sono valutate più possibilità che permettessero di non ricorrere ad un cablaggio ausiliario, tra cui l’utilizzo di un pannello fotovoltaico eventualmente accoppiato ad una batteria. Per la trasmissione dei dati, sono stati valutati più protocolli e dispositivi di comunicazione per trovare quello che meglio combinasse le necessità di trasmissione su distanze medio-lunghe e la necessità di minimizzare i consumi energetici. Infine, sono state effettuate prove sperimentali per validare l'affidabilità delle misure, ovvero verificare che fosse realmente possibile stimare il valore delle correnti nei conduttori della filovia partendo da una misura di campo magnetico, e se i consumi energetici stimati fossero in linea con quelli reali.

Sul comportamento delle orbite di onde interne in biliardi di forma parabolica

Si studia il comportamento di particelle in un tipo particolare di biliardo dinamico, in cui le riflessioni sul bordo avvengono attraverso l’inversione dell’angolo che la traiettoria compie rispetto a una direzione verticale fissata, invece della solita normale alla curva à la Fresnel. L'interesse in questo argomento deriva dall'evidenza sperimentale di un comportamento simile nella propagazione di onde entro fluidi stratificati: questa tipologia di biliardo è quindi spesso detta biliardo di onde interne. Lo studio di questi oggetti, sebbene puramente matematico, può dare luogo a peculiari considerazioni fisiche ed applicative. Notevolmente, la frequente presenza di attrattori in tali modelli suggerisce che fenomeni di concentrazione delle onde interne dovuti a tale regola di riflessione potrebbero avere un ruolo in alcuni sistemi reali, come la circolazione oceanica. Dopo aver passato in rassegna alcuni elementi della teoria di Poincaré degli omeomorfismi del cerchio, e alcuni risultati specifici sui biliardi di onde interne, si studia il caso particolare di un biliardo di forma parabolica, tagliato da un segmento normale al suo asse di simmetria. In quest'ultimo contesto, si dimostrano alcuni risultati originali sul comportamento delle traiettorie.

Theoretical models and ab initio calculations of phonons

Questa tesi intende approfondire da un punto di vista, sia teorico sia computazionale, le proprietà fondamentali dei fononi. A tal fine, sono presentati i modelli quantistici di Einstein e di Debye che permettono la derivazione analitica degli osservabili macroscopici principali di un solido, come l’energia media e la capacità termica. Ciò è possibile tramite una trattazione meccano-statistica basata sull’approssimazione armonica dei modi normali di vibrazione degli ioni reticolari. Quindi, all’inizio si mostrano brevemente i risultati principali riguardanti l’oscillatore armonico quantistico. Successivamente, si approfondiscono i temi della dispersione fononica e della densità degli stati vibrazionali per reticoli cristallini 1D e 3D. Si ottiene che la prima non può essere considerata lineare se non nel limite di alte lunghezze d’onda, e che la seconda può presentare punti di singolarità correlati alla forma della relazione di dispersione. Infine, sono state svolte alcune analisi computazionali ab initio relative alla dispersione fononica, la densità degli stati vibrazionali e la frequenza di Debye del Carbonio (diamante) tramite i programmi VASP e Phonopy, confrontando i risultati con dati sperimentali presenti in letteratura.

Studio di tecniche di estrazione del segnale per barioni Λc+ ricostruiti nell’esperimento ALICE

Le recenti analisi dei dati raccolti ad ALICE dimostrano che la nostra comprensione dei fenomeni di adronizzazione dei sapori pesanti è ancora incompleta, perché le misure effettuate su collisioni pp, p-Pb e Pb-Pb non sono riproducibili da modelli teorici basati su altre tipologie di collisione come e+e−. In particolare, i risultati sembrano indicare che il principio di universalità, che assume che le funzioni di frammentazione di quark e gluoni siano indipendenti dal tipo di sistema interagente, non sia valido. Per questo motivo sono stati sviluppati nuovi modelli teorici e fenomenologici, capaci di riprodurre in modo più o meno accurato i dati sperimentali. Questi modelli differiscono tra di loro soprattutto a bassi valori di impulso trasverso pT . L’analisi dati a basso pT si rivela dunque di fondamentale importanza, in quanto permette di discriminare, tra i vari modelli, quelli che sono realmente in grado di riprodurre i dati sperimentali e quelli che non lo sono. Inoltre può fornire una conferma sperimentale dei fenomeni fisici su cui tale modello si basa. In questa tesi è stato estratto il numero di barioni Λ+c (yield ) prodotto in collisioni pp a √s = 13 TeV , nel range di impulso trasverso 0 < pT (Λ+c ) < 1 GeV/c. É stato fatto uso di una tecnica di machine learning che sfrutta un algoritmo di tipo Boosted Decision Trees (BDT) implementato dal pacchetto TMVA, al fine di identificare ed eliminare una grossa parte del fondo statistico e semplificare notevolmente l’analisi vera e propria. Il grado di attendibilità della misura è stata verificata eseguendo l’estrazione dello yield con due approcci diversi: il primo, modellando il fondo combinatoriale con una funzione analitica; successivamente con la creazione di un template statistico creato ad hoc con la tecnica delle track rotations.

Fenomeni emergenti di sincronizzazione in network dinamici di oscillatori

In questa tesi viene modellizzato un peculiare comportamento emergente di auto-organizzazione in natura: la sincronizzazione dei flash luminosi degli sciami di lucciole. Al fine di studiare tale fenomeno vengono inizialmente analizzati dei modelli proposti in letteratura per simulare il fenomeno del flocking: in particolare, ci si sofferma sull'analisi delle differenti conseguenze tra le assunzioni di interazione metrica o topologica tra gli individui negli stormi. Queste due modalità di interazione tra gli elementi del gruppo vengono poi traslate nell'ambito della sincronizzazione. Infatti prendendo spunto dal modello di Kuramoto, il quale descrive la transizione ad uno stato sincrono di insiemi di oscillatori debolmente accoppiati, sono state prodotte delle simulazioni al calcolatore mettendo a confronto le proprietà dinamiche dei due tipi di interazione relativamente alla sincronizzazione dei flash degli sciami di lucciole. Il risultato è che i modelli risultano adeguati ad una descrizione semplificata del fenomeno, con alcune caratteristiche in comune con l'ambito del flocking, ed altre che risultano invece peculiari per questa specifica applicazione.

Uno studio sulla massima deflessione degli ultra-high-energy cosmic rays da parte dei campi magnetici primordiali

Gli Ultra-High-Energy Cosmic Rays sono dei raggi cosmici-dotati di energia estremamente elevata-che raggiungono la Terra con un bassissimo rateo e dei quali abbiamo pochi dati a riguardo; le incertezze riguardano la loro composizione, la loro sorgente, i metodi di accelerazione e le caratteristiche dei campi magnetici che li deviano durante il loro cammino. L’obiettivo di questo studio è determinare quali modelli di campo magnetico possano descrivere correttamente la propagazione degli UHECRs, andando a fare un confronto con i dati sperimentali a disposizione; infatti, quello che osserviamo è una distribuzione isotropa nel cielo e, di conseguenza, i modelli teorici di propagazione, per poter essere accettati, devono rispecchiare tale comportamento. Sono stati testati nove modelli di campo magnetico tratti da simulazioni cosmologiche, andando a considerare due diverse composizione per i CRs (simil-ferro e simil-protone) e il risultato ha dato delle risposte positive solo per tre di essi. Tali modelli, per cui troviamo accordo, sono caratterizzati da una scala di inomegeneità più ampia rispetto a quella dei modelli scartati, infatti, analizzando il loro spettro di potenza, il maggior contributo è dato da fluttuazioni di campo magnetico su scale di 10 Mpc. Ciò naturalmente, viste anche le poche informazioni riguardo ai campi magnetici intergalattici, ci porta a pensare che campi di questo tipo siano favoriti. Inoltre, per tali modelli, gli esiti sono risultati particolarmente in accordo con i dati sperimentali, considerando CRs con composizione simile al ferro: ciò fa pensare che tale composizione possa essere quella effettiva.

Formazione delle galassie

Le galassie sono strutture che popolano l'universo e i primi studi riguardanti la loro formazione e composizione risalgono a qualche secolo fa. Nella seguente trattazione si illustreranno i principali metodi di classificazione in base alla configurazione morfologica oppure rispetto ad altre proprietà caratteristiche. Al fine di comprendere al meglio i modelli teorici in grado di dare una spiegazione su come si siano originate le galassie, si esporranno le fasi fondamentali dell'evoluzione dell'universo e le proprietà della materia oscura. Infine ci si soffermerà su un particolare modello di formazione e sull'influenza che può avere riguardo ai buchi neri all'interno delle galassie.

Dinamica delle galassie a spirale e delle galassie ellittiche

La Dinamica Stellare è la disciplina che si occupa di descrivere la struttura e l'evoluzione dei sistemi stellari. Quest'elaborato si pone come obiettivo quello di illustrare una panoramica sui modelli e le tecniche necessari allo studio dei moti delle stelle all'interno delle galassie, per poi tradurli in pratica tramite applicazioni alle due tipologie principali di galassie. Dopo aver introdotto le principali caratteristiche delle galassie attraverso la Classificazione di Hubble, verrà affrontata la peculiarità di questi sistemi, ovvero la non collisionalità, introducendo il concetto di Tempo di Rilassamento a due corpi. In seguito, si illustreranno le equazioni che permettono di descrivere un sistema non collisionale, ovvero l'Equazione di Boltzmann e le Equazioni di Jeans, con conseguente caratterizzazione del Teorema del Viriale per questo tipo di sistemi. In conclusione, si approfondirà dapprima la dinamica delle galassie ellittiche attraverso lo studio della loro anisotropia, del profilo di brillanza e del Piano Fondamentale; successivamente, per quanto concerne le galassie a spirale, si tratterà la Curva di Rotazione, la Legge di Tully Fisher che ne descrive la luminosità e si terminerà con una descrizione della dinamica dei bracci a spirale attraverso la teoria delle Onde di Densità di Lin e Shu.