Cenni al modello del Big Bang, inflazione e materia oscura

La cosmologia ha come scopo lo studio di origine ed evoluzione dell’Universo, per averne una comprensione generale attraverso le leggi fisiche conosciute. Il modello del Big Bang, di cui si dà la descrizione teorica nel capitolo 1, è una delle formulazioni più recenti di teoria che mira a spiegare l’inizio e la successiva evoluzione dell’Universo, fino ad avanzare anche ipotesi sul suo destino futuro; è inoltre il modello generalmente accettato dalla comunità scientifica in quanto, di tutti i modelli proposti nel corso degli anni, è quello con più riscontri sperimentali e che meglio si trova in accordo con le osservazioni. I principali successi del modello vengono trattati nel capitolo 2. In particolare: si tratterà di redshift e legge di Hubble, collegati all’espansione dell’Universo, importante prova dell’attendibilità del modello del Big Bang; della radiazione cosmica di fondo, scoperta negli anni ’60 quasi per caso e poi ricondotta a ipotesi teoriche già avanzate anni prima nelle prime formulazioni del modello; della nucleosintesi primordiale, che spiega l’abbondanza attuale dei principali costituenti dell’Universo, H ed He, cosa che altrimenti non sarebbe spiegabile se si considerasse soltanto la formazione di tali elementi nelle stelle. Ovviamente anche questo modello, come si vede nel capitolo 3, non manca di problemi, a cui si è trovata una risoluzione parziale o comunque non definitiva; in questa sede tuttavia, per ragioni di spazio, tali problemi e la loro soluzione verranno soltanto accennati. Si accennerà al problema dell’Universo piatto e al problema dell’orizzonte, e a come essi possano essere spiegati introducendo il concetto di inflazione. Infine, nel capitolo 4, si accenna anche alla materia oscura, soprattutto per quanto riguarda le evidenze sperimentali che ne hanno permesso la scoperta e le prove successive che ne confermano l’esistenza. Tuttora ne ignoriamo natura e composizione, visto che a differenza della materia ordinaria non emette radiazione elettromagnetica, ma i suoi effetti gravitazionali sono evidenti ed è estremamente difficile che la sua esistenza possa essere messa in discussione.

Cenni al modello del big bang, inflazione e materia oscura

Il presente lavoro intende offrire un riassunto dello “stato dell’arte” della Cosmologia: dopo averne ripercorso per sommi capi la storia degli ultimi cent’anni (cap.1), verrà illustrato il Modello Cosmologico Standard “ΛCDM” (cap.2), che è quello generalmente accettato dalla comunità scientifica allo stato attuale delle conoscenze; infine, si farà un breve “excursus” sulle questioni “aperte” e sui modelli cosmologici alternativi (cap.3).

Analisi della traduzione delle battute nella serie tv The Big Bang Theory

Questo elaborato tratta della traduzione dello humour. Lo humour fino a poco tempo fa era visto come trascurabile e intraducibile. Per questo motivo l'elaborato si concentra sulle varie strategie che si possono utilizzare per tradurre lo humour e spiega inoltre che in alcune circostanze, come in serie TV e film, la sua traduzione sia necessaria per la comprensione di essi.

Design of a bang-bang pressure regulation system for cold gas and plasma engines

In this thesis the design of a pressure regulation system for space propulsion engines (electric and cold gas) has been performed. The Bang-Bang Control (BBC) method has been implemented through the open/close command on a solenoid valve, and the mass flow rate of the propellant has been fixed with suitable flow restrictors. At the beginning, research for the comparison between mechanical and electronic (for BBC) pressure regulators has been performed, which resulted in enough advantages for the selection of the second valve type. The major advantage is about the possibility to have a variable outlet pressure with a variable inlet pressure through a simple remote command, while in mechanical pressure regulators the ratio between inlet and outlet pressures must be mechanically settled. Different pressure control schemes have been analyzed, changing number of solenoid valves, flow restrictors and plenums. For each scheme the valve’s frequencies were evaluated with simplified mathematical models and with the use of simulators implemented on Python; the results obtained from those two methods matched quiet well. From all the schemes it was possible to observe varying frequency and duty cycle, for changes in different parameters. This results, after experimental checks, can be used to design the control system for a given total number of cycles that a specific solenoid valve can guarantee. Finally, tests were performed and it was possible to verify the goodness of the control system. Moreover from the tests it was possible to deduce some tips in order to optimize the running of the simulator.

L'atomo di idrogeno: Righe, serie e sua importanza in astrofisica.

L’idrogeno è l’elemento chimico più semplice, leggero e abbondante nell’universo. L’atomo è composto da un nucleo, nella maggior parte dei casi formato da un unico protone o al più da un protone e un neutrone (che formano l’isotopo meno stabile detto deuterio), e da un elettrone che orbita attorno al nucleo. Per tale motivo viene classificato come il primo elemento della tavola periodica, con simbolo H e con numero atomico pari ad 1 (Z = 1) e stesso numero di massa (o numero di massa pari a 2 per il deuterio A = 2). Dal punto di vista isotopico l’idrogeno è composto per il 99.985% da prozio (idrogeno con A=1) e per il 0,015% da deuterio (A=2). Tutti gli altri isotopi sono instabili e meno abbondanti in natura. Data la sua semplicità l’idrogeno è il primo elemento formatosi dopo il Big Bang e da ciò ne deriva la sua abbondanza nell’universo e dunque la sua importanza in astrofisica.

Inflazione cosmica e onde gravitazionali primordiali

La teoria dell'inflazione risolve alcuni problemi fondamentali posti dalla teoria standard dell'origine dell'universo, in particolare chiarisce perché l'universo è piatto e omogeneo quando secondo la cosmologia standard non lo dovrebbe essere (o meglio: lo potrebbe essere solo con probabilità molto bassa). Inoltre la teoria dell'inflazione spiega l'origine delle anisotropie della radiazione cosmica di fondo e in tal modo l'inflazione è responsabile anche dell'origine della struttura a grande scala dell'universo. La teoria inflazionaria presenta la possibilità di una conferma sperimentale. Alcune sue predizioni sono già state verificate e una forte prova era sembrata venire dall'esperimento BICEP2, ma per ora (novembre 2014) non c'è stata una conferma. Nello specifico, l'esperimento BICEP2 aveva dichiarato a marzo 2014 di aver rilevato nella radiazione cosmica di fondo il segnale di onde gravitazionali che potevano essere state provocate soltanto dall'inflazione. La presente tesi descrive gli aspetti classici (non quantistici) della teoria dell'inflazione, riporta i risultati relativi alla trattazione quantistica delle perturbazioni della radiazione cosmica di fondo e illustra la questione delle verifiche sperimentali della teoria dell'inflazione, dedicando particolare rilievo al recente esperimento BICEP2.

Ricostruzione di segnali multipli del rivelatore a tempo di volo (ToF) di ALICE: confronto fra dati e Monte Carlo

La fisica delle collisioni ad alte energie è, ad oggi, uno dei campi di ricerca più interessante per la verifica di modelli teorici che spieghino la nascita e la formazione dell'universo in cui viviamo. In quest'ottica lavorano esperimenti presso i più importanti acceleratori di particelle: tra questi anche l'esperimento ALICE, presso il Large Hadron Collider LHC del CERN di Ginevra. Il suo scopo principale è quello di verificare e ampliare l'insieme delle prove sperimentali alla base sull'esistenza di un nuovo stato della materia: il Quark Gluon Plasma. La presenza della transizione di fase della materia adronica ordinaria a QGP era stata teorizzata da diversi studi termodinamici e da calcoli di QCD su reticolo: in particolare si prevedeva l'esistenza di uno stato della materia in cui i quark sono deconfinati. Il QGP è dunque un plasma colorato e densissimo di quark e gluoni, liberi di interagire tra loro. Queste condizioni sarebbero state quelle dell'universo primordiale, circa 1µs dopo il Big Bang: a seguito di una transizione di fase, si sarebbe poi formata tutta la materia adronica ordinaria. Per riprodurre le condizioni necessarie alla formazione del QGP occorrono collisioni ad energie ultrarelativistiche come quelle prodotte, negli ultimi anni, dall'acceleratore LHC. Uno dei principali rivelatori dedicati all'identificazione di particelle in ALICE è il sistema a tempo di volo TOF. Nonostante un attento processo di ottimizzazione della risoluzione delle sue componenti, persistono residui errori strumentali che limitano la qualità (già ottima) del segnale, tutt'oggi oggetto di studio. L'elaborato presentato in questa tesi è suddiviso in tre capitoli: nel primo ripercorriamo gli aspetti teorici del Modello Standard e del Quark Gluon Plasma. Nel secondo descriviamo la struttura di rivelazione di ALICE, analizzando il funzionamento delle singole componenti. Nel terzo, infine, verifichiamo le principali correzioni al TOF ad oggi note, confrontando i dati a nostra disposizione con delle simulazioni Monte Carlo: questo ci permette da un lato di approfondirne la conoscenza, dall'altro di cercarne di migliorare la descrizione del comportamento del rivelatore.

Disruptive Marketing Strategy - ribaltare i classici modelli di approccio al mercato

Viviamo in un epoca di cambiamenti. Continuamente, giorno dopo giorno, il vecchio scompare per fare spazio al nuovo. La tecnologia permea sempre più in ogni aspetto della vita, conquistando le nostre abitudini, cambiando il nostro modo di vedere il mondo, e, in maniera inevitabile, il nostro modo di agire. L’essere umano ha da sempre cercato di concepire cose che ancora non ci sono, per cambiare la realtà e modellarla a suo piacimento. Si parte, quindi, da qualcosa che fin dalla nascita è dentro ognuno di noi, un desiderio che arde nell'animo umano, che si alimenta grazie al soffio dell’immaginazione e che non c’è modo di spegnere. L’innovazione porta novità. Resistere al cambiamento non è sempre facile, e se si cerca di ostacolarlo esso ti travolgerà. “Affrontare il cambiamento è come scalare una colata di fango giù per una collina” - esordisce in “The Innovator Dilemma”, Clayton M. Christensen - “Bisogna affrontare qualsiasi cosa per rimanere su di essa, e non appena ci si ferma per prendere fiato si viene seppelliti”. Si intuisce come il cambiamento tecnologico non solo sia di fondamentale evidenza nella vita di ognuno, ma come esso abbia cambiato e stia cambiando il modo di fare business. In questo umile lavoro si è voluto analizzare come certi tipi di innovazione abbiano il potere di cambiare tutto un sistema di riferimento sul quale prima l’impresa faceva affidamento. Sono le Disruptive Innovation – le innovazioni dirompenti – quelle innovazioni che ribaltano un modello di business, il modo di vedere un prodotto, la logica dietro a certe operations aziendali, che seppur sembrassero solide, si sgretolano scontrandosi con innovazioni così forti. Vi è poi una domanda critica a cui si è cercato di rispondere. Si può fare Disruptive Marketing? Alcuni esempi virtuosi ci mostrano come si possa attuare una strategia di questo genere, e come si possa “comprendere, creare, comunicare e distribuire valore” in modo innovativo.

Formazione delle galassie e cenni sulla loro evoluzione

In questa tesi si vuole fornire una panoramica generale dei processi di formazione delle galassie, con l'aggiunta di alcuni cenni sulla loro evoluzione. Nel primo capitolo si danno alcune informazioni sulla natura di questi oggetti e su come è stata scoperta la loro esistenza. Poi, utilizzando le premesse di cui al capitolo 2, nel capitolo 3 si passa alla spiegazione della loro formazione a partire dagli eventi successivi al Big Bang, di cui si fornisce una breve cronologia. Nel capitolo 4 si dà una panoramica della formazione degli ammassi di galassie e si discute di alcune osservazioni compiute su di essi, per concludere con considerazioni sul loro futuro. Infine, nell'ultimo capitolo ci si concentra sull'evoluzione delle galassie, in particolare sui processi di merging e sulle collisioni.

Georges Lemaître: a visionary contribute to the quest of the world model

The aim of this dissertation is to present the sequence of events which brought the scientific community of the early 20th century to conceive an expanding Universe born from a single origin. Among the facts here reported, some are well-known, some others instead are little-known backstories, not so easy neither to obtain nor to trust. Indeed, several matters shown in this thesis, now as then, create a battleground among scientists. Amid the numerous personalities whose contributions are discussed in this work, the main protagonist is surely Georges Lemaître, who managed to combine – without overlapping – his being both a priest and a scientist. The first chapter is dedicated to his biography, from his childhood in Belgium, to his early adulthood between England and the USA, to his success in the scientific community. The second and the third chapter explain how the race to the understanding of a Universe which not only expands, but also originated from a singularity, developed. The Belgian priest’s discoveries, as shown, were challenged by other important scientists, who, in several cases, Lemaître had a friendly relationship with. As a consequence, the fourth and final chapter deals with the multiple relations that the priest managed to build, thanks to his politeness and kindness. Moreover, it is also covered Lemaître’s personal connection with the Church and religion, without forgetting the personalities that influenced him – above all, Saint Thomas Aquinas. As a conclusion to this thesis, two appendices gather not only a summary of Lemaître’s works which are not already described in the chapters, but also the biographies of all the characters presented in this dissertation.

Amplification mechanisms of inflationary spectra in induced gravity

Inflation is the primordial stage of accelerated expansion of the Universe which solves the issues of the initial conditions of a decelerating Universe (horizon, flatness and entropy problems). Moreover, it is supposed that quantum fluctuations originated during the first moments after the Big Bang gave rise to the formation of galaxies and other structures of the Universe when inflation ends. Among these structures also primordial black holes (PBHs) may have been generated. The interest in PBHs relies on their possible connection with dark matter: they could constitute a portion or even the whole dark matter content of our Universe.\\ In this work we consider inflation in the Induced Gravity (IR) context and study possible mechanisms of amplification of the curvature perturbations generated during the cosmic acceleration. In particular we consider the possibility of a period of Constant Roll (CR). Starting from the previous work of Starobinsky et al. Our final purpose is to analyse the power spectrum of the scalar perturbations and to find in which conditions there is an enhancement of the power spectrum possibly leading to PBHs formation.

Implementazione e caratterizzazione di PLL digitali per doppler tracking di sonde deep space

I Phase-Locked Loops sono circuiti ancora oggi utilizzati per la generazione di segnali coerenti in frequenza e in fase con i segnali in ingresso, motivo per cui sono uno degli strumenti della radio scienza per la ricostruzione dei segnali scambiati con le sonde e nascosti dal rumore accumulato nel tragitto che separa le sonde stesse dalle stazioni di tracking a terra. Questa tesi illustra l'implementazione di un PLL digitale linearizzato in Matlab e Simulink in una nuova veste rispetto al modello implementato durante l'attività di tirocinio curricolare, al fine di migliorarne le prestazioni per bassi carrier-to-noise density ratios. Il capitolo 1 si compone di due parti: la prima introduce all'ambito nel quale si inserisce il lavoro proposto, ossia la determinazione d'orbita; la seconda illustra i fondamenti della teoria dei segnali. Il capitolo 2 è incentrato sull'analisi dei Phase-Locked Loops, partendo da un'introduzione teorica e approdando all'implementazione di un modello in Simulink. Il capitolo 3, infine, mostra i risultati dell'applicazione del modello implementato in Simulink nell'analisi dei segnali di una missione realmente svolta.

Abbondanza di litio nelle stelle nane di alone usando la fotometria Gaia

Il litio, secondo il modello di nucleosintesi del Big Bang, viene prodotto a seguito dell’espansione dell’Universo. Negli anni Ottanta, con l'avvento di spettrografi ad alta risoluzione, è stato possibile misurare l'abbondanza di Li in stelle nane di alone (Spite & Spite 1982). L'abbondanza di Li nelle stelle nane di Popolazione II mostra un valore costante in un ampio intervallo di metallicità e di temperatura effettiva. Tale andamento prende il nome di Plateau di Spite, ed è stato interpretato come una misura dell'abbondanza primordiale dell'elemento. Due decenni dopo la scoperta dello Spite Plateau, grazie alle misurazioni WMAP è stato possibile ottenere i valori delle costanti cosmologiche. Le abbondanze degli elementi leggeri previste dalla cosmologia sono in accordo con quelle misurate, tranne che per il litio. Il valore dello Spite Plateau è infatti inferiore di un fattore 3-4. Tale problema del litio rimane ancora oggi una sfida aperta. Un altro problema aperto riguarda la scoperta del Li-meltdown, ovvero una diminuzione di A(Li) nelle stelle nane con [Fe/H]<-2.5 dex. Nel seguente lavoro sono state studiate stelle nane con metallicità basse, prese da lavori passati. Una volta ottenuto il campione si è lavorato sui dati di Gaia. L'uso di Gaia sulle stelle di alone ha permesso di: lavorare su un campione formato da parametri omogenei e precisi, conoscere lo stato evolutivo delle stelle. Tale lavoro permette per la prima volta di discutere la distribuzione dell'abbondanza di Li nelle stelle nane alla luce del loro stato evolutivo. Il campione di Gaia conferma la presenza del Plateau di Spite con un valore di A(Li)= 2.29 dex, e una caduta dell'abbondanza e un aumento dello scatter per sorgenti [Fe/H]<-2.6 dex (Li meltdown). In particolare, viene dimostrato come il Li meltdown non possa essere spiegato semplicemente come dovuto a stelle binarie o post First Dredge Up.

Realizzazione di un sistema di stabilizzazione per laser a stato solido, per la generazione di luce squeezed in esperimenti di interferometria.

Con questo lavoro di tesi si affrontano i primi accorgimenti sperimentali necessari alla realizzazione di un esperimento di ottica quantistica. L'attività svolta consiste nell'ottimizzazione dei parametri di un PLL (Phase-Locked Loop) che mantiene due laser agganciati in frequenza, e nella misura del rumore di fase presente nell'aggancio. Questa stabilizzazione costituisce il primo passo per la generazione di luce squeezed, associata a particolari stati del campo elettromagnetico. Grazie a quest'ultima, è possibile migliorare la sensibilità raggiungibile in esperimenti di interferometria di precisione, quali ad esempio quelli per la ricerca di onde gravitazionali. L'iniezione di luce squeezed costituirà infatti parte del prossimo upgrade dell'interferometro di Virgo.

Firmware development and testing for L1/L2 IBL upgrade

Il lavoro di questa tesi riguarda principalmente l'upgrade, la simulazione e il test di schede VME chiamate ReadOut Driver (ROD), che sono parte della catena di elaborazione ed acquisizione dati di IBL (Insertable B-Layer). IBL è il nuovo componente del Pixel Detector dell'esperimento ATLAS al Cern che è stato inserito nel detector durante lo shut down di LHC; fino al 2012 infatti il Pixel Detector era costituito da tre layer, chiamati (partendo dal più interno): Barrel Layer 0, Layer 1 e Layer 2. Tuttavia, l'aumento di luminosità di LHC, l'invecchiamento dei pixel e la richiesta di avere misure sempre più precise, portarono alla necessità di migliorare il rivelatore. Così, a partire dall'inizio del 2013, IBL (che fino a quel momento era stato un progetto sviluppato e finanziato separatamente dal Pixel Detector) è diventato parte del Pixel Detector di ATLAS ed è stato installato tra la beam-pipe e il layer B0. Questa tesi fornirà innanzitutto una panoramica generale dell'esperimento ATLAS al CERN, includendo aspetti sia fisici sia tecnici, poi tratterà in dettaglio le varie parti del rivelatore, con particolare attenzione su Insertable B-Layer. Su quest'ultimo punto la tesi si focalizzerà sui motivi che ne hanno portato alla costruzione, sugli aspetti di design, sulle tecnologie utilizzate (volte a rendere nel miglior modo possibile compatibili IBL e il resto del Pixel Detector) e sulle scelte di sviluppo e fabbricazione. La tesi tratterà poi la catena di read-out dei dati, descrivendo le tecniche di interfacciamento con i chip di front-end, ed in particolare si concentrerà sul lavoro svolto per l'upgrade e lo sviluppo delle schede ReadOut Drivers (ROD) introducendo le migliorie da me apportate, volte a eliminare eventuali difetti, migliorare le prestazioni ed a predisporre il sistema ad una analisi prestazionale del rivelatore. Allo stato attuale le schede sono state prodotte e montate e sono già parte del sistema di acquisizione dati del Pixel Detector di ATLAS, ma il firmware è in continuo aggiornamento. Il mio lavoro si è principalmente focalizzato sul debugging e il miglioramento delle schede ROD; in particolare ho aggiunto due features: - programmazione parallela delle FPGA} delle ROD via VME. IBL richiede l'utilizzo di 15 schede ROD e programmandole tutte insieme (invece che una alla volta) porta ad un sensibile guadagno nei tempi di programmazione. Questo è utile soprattutto in fase di test; - reset del Phase-Locked Loop (PLL)} tramite VME. Il PLL è un chip presente nelle ROD che distribuisce il clock a tutte le componenti della scheda. Avere la possibilità di resettare questo chip da remoto permette di risolvere problemi di sincronizzazione. Le ReadOut Driver saranno inoltre utilizzate da più layer del Pixel Detector. Infatti oltre ad IBL anche i dati provenienti dai layer 1 e 2 dei sensori a pixel dell’esperimento ATLAS verranno acquisiti sfruttando la catena hardware progettata, realizzata e testata a Bologna.