Rivista di informazione del Dipartimento di Ingegneria Industriale
Università di Trento
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L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) non si occupa soltanto di scoprire nuove particelle o di svelare i misteri dell’universo. Da anni finanzia progetti applicativi attraverso la Commissione Scientifica Nazionale 5 (CSN5), che raccoglie tutte le attività di ricerca applicata e interdisciplinare dell’ente: sensori, elettronica avanzata, tecnologie per acceleratori, applicazioni mediche.
La sfida? Sviluppare tecnologie estreme che richiedono competenze ben oltre la fisica teorica e sperimentale. Servono ingegneri. E servono competenze di altissimo livello.
A Trento l’INFN è rappresentato dal Centro di Ricerca Trento Institute for Fundamental Physics and Applications (TIFPA), un consorzio che unisce INFN, Università di Trento, Fondazione Bruno Kessler (FBK) e Azienda Sanitaria Universitaria Integrata del Trentino (ASUIT). Grazie alla sua struttura intrinsecamente multidisciplinare, TIFPA rappresenta un unicum nel panorama internazionale.
Ed è qui che entra in gioco il DII. Numerosi suoi componenti sono oggi associati al TIFPA, contribuendo con expertise cruciali in settori tecnologici strategici non solo per l’INFN, ma per l’intera comunità scientifica internazionale.
In particolare, i ricercatori del DII coinvolti nel TIFPA partecipano a progetti di punta nello sviluppo di sensori di radiazione ionizzante (elettromagnetica e particellare), tecnologie quantistiche e meccanica per applicazioni spaziali.
Nel settore dei sensori di radiazione il DII svolge da molti anni un ruolo da protagonista. Da oltre un decennio, sotto la guida di Lucio Pancheri, il Dipartimento sviluppa sensori CMOS a pixel per la rivelazione di radiazioni. La ricerca, avviata in ambito INFN, si è consolidata grazie a finanziamenti del MUR, dell’ASI, dell’Unione Europea e del CERN.
Questi sensori trovano applicazione in medicina, fisica delle particelle, osservazione spaziale e imaging industriale. Un riconoscimento significativo dell’eccellenza raggiunta è il premio IEEE Gatti Manfredi per la migliore tesi di dottorato, assegnato nel 2024 al dott. Thomas Corradino.
Per quanto riguarda i sensori di particelle, Gian-Franco Dalla Betta e il suo team lavorano da quasi vent’anni allo sviluppo dei rivelatori 3D, oggi considerati un’eccellenza mondiale. Nati nell’ambito di progetti finanziati dall’INFN, questi sensori sono attualmente utilizzati negli esperimenti del CERN, come ATLAS – uno dei grandi rivelatori che ha contribuito alla scoperta del bosone di Higgs – con prestazioni tuttora ineguagliate a livello internazionale.
Accanto a queste attività, il DII è coinvolto nello studio di rivelatori a semiconduttore flessibili per applicazioni in Fisica Medica (Responsabile Locale Massimo Cazzanelli) e nello sviluppo di scintillatori compositi stampabili in 3D per l’analisi del rilascio di energia di fasci di particelle per l’adroterapia (Responsabile Locale Devid Maniglio). I test di entrambi i progetti vengono condotti presso la sala sperimentale del Centro di Protonterapia dell’APSS di Trento.
Giulia Fredi è inoltre impegnata nello sviluppo di polimeri compositi conduttivi per schermare dispositivi elettronici delicati dalle interferenze elettromagnetiche, una necessità sempre più pressante nell’era dell’elettronica ultrasensibile.
Più recentemente il DII ha avviato attività di punta nel settore delle tecnologie quantistiche, considerate uno dei principali fronti tecnologici del prossimo futuro. Le Nazioni Unite hanno dichiarato il 2025 “Anno del Quantum” e a livello globale si investono miliardi in questo ambito strategico. Il DII si è fatto trovare pronto.
Mirko Lobino è coinvolto in diversi progetti finanziati dall’INFN, oltre che in un PRIN, per lo sviluppo di dispositivi quantistici ottici integrati. Tra questi, dispositivi per la generazione di “luce squeezed”, uno stato quantistico della luce utilizzabile nelle antenne gravitazionali di nuova generazione. Sta inoltre sviluppando un rivelatore integrato capace di contare singoli fotoni trasmessi da una guida d’onda: una tecnologia chiave per i sistemi ottici quantistici, inclusi i qubit, unità fondamentali dei computer quantistici.
Parallelamente, Paolo Rech è impegnato in un progetto volto a studiare gli effetti della radiazione ionizzante sulla risposta logica dei qubit superconduttori e a progettare algoritmi di correzione degli errori indotti dalla radiazione, sfruttando l’intreccio quantistico tra più qubit su uno stesso chip.
L’estrema sensibilità dei qubit agli stimoli esterni rappresenta al tempo stesso la loro forza e la loro fragilità: anche l’interazione con particelle subatomiche presenti naturalmente nell’ambiente può alterarne lo stato, compromettendo il risultato del calcolo. Una soluzione adottata finora è l’installazione dei computer quantistici in ambienti sotterranei schermati, scelta poco pratica su larga scala. I risultati di queste ricerche contribuiranno a chiarire il ruolo della radiazione cosmica sulla stabilità dei qubit e a individuare strategie più sostenibili.
Nell’ambito della Commissione Scientifica Nazionale 2 (CSN2), dedicata alla fisica astroparticellare e spaziale, un gruppo dell’area meccatronica del DII guidato da Daniele Bortoluzzi è protagonista nella missione spaziale europea LISA, che dal 2035 rileverà onde gravitazionali dallo spazio.
Dopo il successo di LISA Pathfinder, i ricercatori stanno perfezionando il meccanismo di posizionamento e rilascio delle masse di prova – sottosistema meccatronico del Gravitational Reference System – sviluppando gemelli digitali e tecniche innovative per garantire l’affidabilità di una delle missioni più ambiziose della fisica fondamentale. L’attività è svolta in stretta collaborazione con INFN-TIFPA (Dott. Zanoni) e con il partner industriale OHB Italia.
Tutte queste attività si sviluppano con il supporto dell’INFN sotto il cappello del TIFPA, diretto oggi da Angelo Rivetti, all’interno del quale si sta consolidando un ecosistema in cui ricerca fondamentale, competenze ingegneristiche e capacità produttive si integrano in modo sinergico.
Il risultato è evidente: tecnologie nate per rispondere a domande sulla natura ultima dell’universo trovano applicazioni concrete in medicina, industria, difesa e comunicazioni. È il ciclo virtuoso della ricerca: quando si spingono in avanti i confini della conoscenza, si costruiscono inevitabilmente gli strumenti del futuro.
Le Commissioni Scientifiche dell’INFN
L’INFN organizza la propria attività di ricerca attraverso cinque Commissioni Scientifiche Nazionali (CSN):
È soprattutto attraverso la CSN5 che vengono finanziati la maggior parte dei progetti in collaborazione con il DII, trasformando scoperte fondamentali in tecnologie concrete.
Fig.1: SQUID irraggiato con neutroni alla facility NILE, ad ISIS, nei Rutherford Appleton Laboratory.
