Dottorato in Fisica e Nanoscienze Unisalento, premio nazionale INFN “Marcello Conversi” a Federica Oliva

LECCE – Con la tesi “The PADME Active Diamond Target and Positron Bremsstrahlung Analysis”, presentata al termine del percorso di dottorato di ricerca in “Fisica e Nanoscienze” all’Università del Salento, la ricercatrice Federica Oliva è stata insignita del premio nazionale “Marcello Conversi” 2022 per la miglior tesi di dottorato in Fisica delle particelle. Si tratta di uno dei premi assegnati annualmente dall’INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare alle migliori tesi di dottorato nelle cinque aree di ricerca dell’Istituto (fisica subnucleare, astroparticellare, nucleare, teorica e tecnologica, su attività di ricerca e sviluppo nell’ambito del calcolo).

Attualmente ricercatrice della School of Physics and Astronomy dell’Università di Edimburgo, Federica Oliva ha conseguito il titolo a UniSalento nel febbraio del 2021, alla fine di un percorso di formazione e ricerca condotto presso il Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” e la sezione di Lecce dell’INFN. Sotto la guida scientifica dei professori Stefania Spagnolo (UniSalento) e Gabriele Chiodini (INFN), la ricercatrice è stata protagonista di un’intensa attività di ricerca nell’ambito dell’esperimento PADME.

L’esperimento PADME. PADME è un’iniziativa scientifica condotta da una collaborazione internazionale, che si inserisce nel panorama della ricerca sperimentale e teorica sulla “materia oscura”. Lo studio dell’universo, nei sui costituenti visibili come stelle e galassie, e nelle sue caratteristiche più sottili, come la radiazione cosmica di fondo, sembra indicare non solo l’esistenza di una forma di materia diversa da quella che conosciamo, ma anche una sua netta prevalenza sulla materia ordinaria. Particelle elusive, che si manifestano attraverso l’interazione gravitazionale ma che non avvertono le forze elettromagnetiche e nucleari descritte dal modello standard delle particelle elementari, sembrano permeare l’universo con un’abbondanza cinque volte superiore a quella della materia barionica di cui sono fatte le stelle e il gas che osserviamo nello spazio e anche negli esseri umani. A oggi tuttavia non esiste nessuna evidenza diretta di particelle candidate a costituire la materia oscura, nonostante un gran numero di esperimenti, sotto terra e nello spazio, cerchi di osservare materia oscura di origine cosmica e altrettanti esperimenti agli acceleratori di particelle mirino a produrre candidati di materia oscura in collisioni di alta energia tra particelle ordinarie. PADME ha l’obiettivo di ricercare il “fotone oscuro”, una particella ipotizzata in una classe di modelli teorici di grande attualità che forniscono una spiegazione del puzzle della materia oscura. Nei Laboratori nazionali INFN di Frascati un fascio di anti-elettroni accelerato all’energia di circa 500 MeV,  nell’attraversare un sottile strato di diamante sintetico, il bersaglio di PADME, potrebbe produrre l’invisibile fotone oscuro accompagnato da un comune fotone. Le caratteristiche del fotone, misurate nei rivelatori dell’esperimento, consentono di risalire alla produzione del suo “compagno oscuro”, che giocherebbe – secondo l’ipotesi teorica – il ruolo del fotone nelle interazioni tra  particelle di materia oscura.

PADME a Lecce e la tesi di dottorato di Federica Oliva. La storia dell’esperimento PADME a Lecce è cominciata con la progettazione e realizzazione dell’innovativo bersaglio attivo nel Laboratorio di rivelatori a stato solido. Qui uno strato di diamante policristallino di grande area (2×2 cm2) e piccolo spessore (100 micrometri) è diventato un rivelatore. Sulle due facce del bersaglio, infatti, sono stati realizzati elettrodi a strisce per la lettura del segnale mediante grafitizzazione per irraggiamento laser nel Laboratorio L3. L’integrazione di elettronica per l’amplificazione e lettura del segnale, oltre all’uso di algoritmi dedicati di calibrazione e ricostruzione dei dati, ha fatto sì che il bersaglio di PADME svolga il ruolo attivo di rivelatore in tempo reale del numero di positroni del fascio e di monitor della sua posizione e profilo spaziale.

Federica Oliva ha lavorato in prima linea alla realizzazione e calibrazione del bersaglio attivo in diamante. Successivamente ha analizzato i primi dati di PADME e ha posto le basi per la loro calibrazione con processi fisici noti, attraverso l’identificazione delle interazioni di Bremsstrahlung. La sinergia tra gli aspetti di ricerca tecnologica e quelli di interpretazione dei dati spicca come un tratto distintivo della sua tesi, i cui contenuti sono pubblicati in vari articoli e atti di  conferenze elencati su http://padme.lnf.infn.it/list-of-papers. Oliva è attualmente impegnata nella fisica del flavour, partecipando all’esperimento LHCb al CERN.