ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo Per L'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FA51 4 Struttura Resp

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FA51 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Fogli Gianluigi

Rappresentante nazionale: Fogli Gianluigi Struttura di appartenenza: BA Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Fisica astroparticellare

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

FA51 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Neutrini in Fisica, Astrofisica e Cosmologia. Fisica Nucleare e Subnucleare nell'universo primordiale. Materia Processo fisico oscura, energia oscura e strutture cosmiche. Sorgenti astrofisiche di radiazione. studiato

Apparato strumentale utilizzato

BA, CA, FE, LE, LNF, LNGS, MI, NA, PD, PI, PV, RM1, TO, TS Sezioni partecipanti all'esperimento

IAS Princeton, CERN, U. of Mississippi, ITP Zurich, Quaid Univ. (Islamabad), ITEP (Moskow), Campinas Istituzioni esterne Univ. (Brasile), INR (Moskow), Univ. Minsk, Ukranian Observatory, New Mexico State University, Institut all'Ente partecipanti Astrophysik Potsdam, LAPP−TH (France), JINR (Dubna), IFIC (Valencia), Laboratorio de Fisica Nuclear y Altas Energias (Zaragoza), Niigata University, Korea Institute for Advanced Study

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FA51 4 Struttura Resp. loc.: Carlo Giunti TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale viaggi in Italia (collaborazioni e conferenze) 6,0 6,0

invito prof. S.M. Bilenky 2,0 invito ospiti spagnoli su scambio Torino Zaragoza (programma scambio INFN CICYT) 1,5 invito ospiti spagnoli su scambio Torino Valencia (programma scambio INFN CICYT) 2,0 5,5

viaggi all'estero (collaborazioni e conferenze) 12,0 12,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 23,5 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FA51 4 Struttura Resp. loc.: Carlo Giunti TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FA51 4 Struttura Resp. loc.: Carlo Giunti TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FA51 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Fogli Gianluigi

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

In KEuro A CARICO DELL' I.N.F.N. Materiale Trasporti Spese Affitti A carico Struttura Missioni Missioni di e di e Materiale TOTALE di altri interne Inviti estere consumo facchinaggi calcolo manutenz. inventariabile Compet. Enti

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ BA 10,0 22,0 32,0 0,0 CA 6,5 7,5 14,0 0,0 FE 9,0 3,0 18,0 30,0 0,0 LE 4,0 6,0 10,0 20,0 0,0 LNF 0,5 1,0 1,5 3,0 0,0 LNGS 2,0 5,0 4,0 11,0 0,0 MI 10,0 5,0 15,0 30,0 0,0 NA 7,0 1,0 13,0 21,0 0,0 PD 3,0 2,0 11,0 16,0 0,0 PI 1,5 3,5 5,0 0,0 PV 1,5 3,5 5,0 0,0 RM1 1,0 1,5 2,5 0,0 TO 6,0 5,5 12,0 23,5 0,0 TS 4,0 2,0 10,0 16,0 0,0

TOTALI 66,0 30,5 132,5 229,0

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FA51 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Fogli Gianluigi

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 per l'attività svolta vedi l'attività prevista.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 The goal of the present research program is to undertake a vast and diversified activity in “Astroparticle Physics”, a recent field of particle physics involving those phenomenological and theoretical aspects of nuclear and subnuclear physics which are relevant for astrophysics and cosmology. This field is in a state of rapid evolution, both for the increased ability in observing phenomena of interest for particle physics and astrophysics, and for the enormous impact on fundamental questions. In particular, almost all the modern indications for new physics and for emerging “new paradigms” (e.g., dark matter and dark energy, neutrino masses, bariogenesis, inflationary models, ultra high energy cosmic rays) find their natural place in the field of astroparticle physics. The fundamental objective is thus to contribute in a qualified and significant way to the scientific development – both theoretical and phenomenological – of this important research field.

In this variegated field there is a widely recognized need for a deeper exchange of knowledge and ideas, for a better organized management of the research activity, and for a more effective participation of young researchers and students. The above considerations justify the attempt to form a more solid collaboration among research units that, though belonging to different institutions, have already been engaged for several years in this branch of physics, so as to increase their scientific potential within a common and well formulated research project. It is worth stressing that a large part of the research topics are common to all units, and that a specific collaboration already exists between some of them. It is also worth mentioning that the impressive research activity of the various research units in the last few years is testified by a large number of (often highly cited) publications in leading refereed journals, by many invited talks in major conferences in Italy and abroad, and by the organization of several workshops and schools in astroparticle physics. This deeply−rooted activity provides a solid scientific basis for the research project in astroparticle physics.

In the other sections of this document, we describe the main guidelines of the activity currently carried out in the various units belonging to this project. Here we simply idenitify and describe four main topics (A, B, C, D) of major scientific and cultural interest for our project.

A) NEUTRINOS IN PHYSICS, ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY

This field, which is of great interest for all the units, has concerned a large fraction of the total scientific productions from the various groups in the last few years. Results of high relevance have been achieved in the analysis of flavour oscillations and of absolute mass constraints of neutrinos produced in terrestrial or astrophysical environments. This is an extremely wide research field, strongly linked with the other three research topics, and involving many unsolved theoretical problems, as well as many experiments in progress or proposed. Undoubtedly, neutrino physics and astrophysics, both standard (masses and mixings) and nonstandard (new states, new interactions) will continue to be a rich research field in the next years. The following research topics can be sketched:

• Solar neutrino physics, stellar astrophysics, and related cross sections • Physics of atmospheric and (long−baseline) accelerator neutrinos • Interpretation of observations of reactor antineutrinos and geoneutrinos • Properties of neutrinos of astrophysical origin (supernovae, nucleosynthesis) • Theoretical aspects of neutrino oscillations in vacuum and matter • Global phenomenological analyses of neutrino oscillations • Absolute neutrino masses: laboratory and cosmological constraints • Theoretical models for neutrino (and other fermion) mass matrices • Open problems: Mass hierarchy, mixing 1−3, CP phase • New physics: sterile neutrinos, magnetic moments, nonstandard interactions

B) NUCLEAR AND SUBNUCLEAR PHYSICS IN THE EARLY UNIVERSE Within our project, the study of the behaviour of matter and space−time in the extreme conditions characterizing the early universe has concerned a wide spectrum of important theoretical researches, ranging from string and brane cosmology to the study of hadronic matter in complex and high−density environments, from the cosmological implications of supersymmetry to CP violation effects, from inflationary models to the primordial generation of nuclei, magnetic fields, and possible topological defects. The early universe is – and will continue to be – a privileged laboratory to test the most advanced physical theories of matter and space−time, especially considering the probable observational improvements that can be expected in this field. The main topics are:

• String, brane, and extra−dimension cosmology • Extended theories of gravitation and cosmology • Time variation of fundamental parameters • Supersymmetry and its cosmological implications • CP violation, baryogenesis and leptogenesis • Magnetic fields, topological defects, and phase transitions in the early universe • Big bang nucleosynthesis and related cross sections • Compact quark stars, hadronic physics of astrophysical interest

C) DARK MATTER, DARK ENERGY AND AND COSMIC STRUCTURES

The problems set by the existence of dark matter and dark energy are so important that they have reached the general public. In this field, several units have achieved very relevant results in the theory and phenomenology of the particle candidates of dark matter (neutralinos, WIMPs, baryonic mirror matter), in the dynamical characterization of the possible scalar fields associated to dark energy, and in their links with the formation of large scale structures. In this field, the mere existence of two gigantic unsolved problems (dark matter and dark energy) guarantees, by itself, the importance of this research topic in the next future. Main topics of this sector:

• Dark matter: supersymmetric and mirror models • Direct and indirect signatures of particle dark matter • Search of dark matter through gravitational lensing • Dark matter and its (de)coupling with dark energy • Dark energy: scalar field potentials and their physics • Linear and nonlinear dark energy dynamics • Cosmic background radiation (CMBR) • Galaxy formation and particle physics • Cosmic structures and field theory models • Deep galaxy samples and cosmic components

D) ASTROPHYSICAL SOURCES OF RADIATION

The astrophysical phenomena associated to extremely high energy are generally poorly understood. Among them, particular interest has been devoted to supernovae, to compact quark stars, to gamma ray bursts (origin, relation with supernovae) and to ultra high energy cosmic rays (origin, propagation, detection). Also in this case, the increasing theoretical interest and the new observations which will become possible in the next decade guarantee a high level of scientific interest for this research topic. Main topics:

• Nuclear reactions and stars evolution • Supernovae and particle physics • Ultra high energy cosmic rays: origin and propagation • Ultra high energy cosmic rays: detection and interpretation • Gamma ray bursts: theoretical and phenomenological aspects • Gamma ray bursts and their relation with supernovae

Among the above topics, several are of common interest for various research groups. Within the proposed project, we intend to strengthen and widen the existing collaborations among research units, as well as between them and other institutions in Italy and abroad, and with some experimental groups. For such reason, particular attention will be paid to the mobility of all researchers, to the support of young students through grants and fellowships, to the education and exchange of ideas through national and international schools, workshops, and conferences. These synergies will allow the strengthening of a scientific activity which, as documented in the following, is already of very high quality and impact within the international scientific community. C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 1993 22,7 31,5 54,2 1994 26,8 37,1 63,9 1995 34,0 42,3 76,3 1996 39,2 49,0 88,2 1997 33,5 54,2 87,7 1998 26,8 46,9 8,7 82,4 1999 26,3 7,2 64,5 98,0 2000 34,8 17,0 72,3 124,1 2002 49,5 13,0 90,5 3,0 156,0 2004 TOTALE 293,6 37,2 488,3 11,7 830,8

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FA51 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Fogli Gianluigi

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

In KEuro Materiale Spese ANNI Missioni Missioni Trasporti e Affitti e Materiale TOTALE Inviti di di interne estere facchinaggi manutenzione inventariabile FINANZIARI consumo calcolo Compet. 2005 66,0 30,5 132,5 229,0

TOTALI 66,0 30,5 132,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 229,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FA51 4 Struttura Resp. loc.: Carlo Giunti TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 ALBERICO Wanda P.O. 4 30 2 BOTTINO Alessandro P.O. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 de ALFARO Vittorio P.O. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 DONATO Fiorenza AsRic 4 100 Qualifica 5 FORNENGO Nicolao R.U. 4 100 TECNICI 6 GIUNTI Carlo Ric. 4 100 N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 6 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 5.3 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FA51 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Fogli Gianluigi

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FB11 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Michele Caselle Rappresentante nazionale: Michele Caselle Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.: PROGRAMMA DI RICERCA

A) INFORMAZIONI GENERALI Studio delle applicazioni di metodi di fisica teorica alla biologia Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

TO−ROMA2−MI−BO−FI−BA−PR−PD−CT−FE−PV Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterne all'Ente partecipante

Durata esperimento

B) SCALA DEI TEMPI : piano di svolgimento PERIODO ATTIVITA' PREVISTA

Mod EN. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FB11 4 Struttura Resp. loc.: Michele Caselle TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Missioni 2,0 2,0

Missioni 5,0 5,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 7,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FB11 4 Struttura Resp. loc.: Michele Caselle TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FB11 4 Struttura Resp. loc.: Michele Caselle TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FB11 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Michele Caselle

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ BA 4,5 9,5 14,0 0,0 BO 1,5 4,0 5,5 0,0 CT 5,0 5,0 10,0 0,0 FI 2,0 1,0 6,5 9,5 0,0 MI 4,0 7,0 11,0 0,0 PD 2,0 2,0 6,0 10,0 0,0 PR 2,0 3,5 5,5 0,0 RM2 2,0 4,0 6,0 0,0 TO 2,0 5,0 7,0 0,0

TOTALI 25,0 3,0 50,5 78,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Nuovo esperimento Gruppo Preventivo per l'anno 2005 FB11 4

PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

Negli ultimi anni si e' assistito ad un sempre maggiore utilizzo dei metodi e degli approcci tipici della fisica teorica in altri ambiti scientifici ed in particolare in biologia. L'attitudine alla modellizzazione (tipica della meccanica statistica e della teorie dei campi quantistica) accompagnata dall'uso di metodi di simulazione numerica sofisticati si e' mostrata di grandissima utilita' per studiare sistemi caratterizzati da un gran numero di gradi di liberta'. La nostra iniziativa si inserisce in questo ambito. La nostra attivita' di ricerca si concentra principalmente in tre direzioni: 1] Uso di metodi numerici (dinamica molecolare e metodi montecarlo) per lo studio di interazioni tra proteine e per la dinamica del folding 2] Uso di metodi di teoria dei grafi per lo studio di network biologici 3] Uso di metodi tipici della meccanica statistica dei sistemi complessi per lo studio di vari problemi di interesse per la biologia e la genomica quali ad esempio: − la regolazione dell'espressione genica − la risposta del sistema immunitario in presenza di stimoli esterni − la flessibilita' di strutture macromolecolari (DNA o proteine)

Mod EN. 5 Pagina 1 di 2 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Nuovo esperimento Gruppo Preventivo per l'anno 2005 FB11 4

PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

Mod EN. 5 Pagina 2 di 2 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FB11 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Michele Caselle

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 25,0 3,0 50,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 78,5

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FB11 4 Struttura Resp. loc.: Michele Caselle TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 CASELLE Michele P.A. 4 50 2 CORA' Davide Dott. 4 90 Numero totale dei Tecnologi 0 3 CURIOTTO Enrico Dott. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 MARTIGNETTI Loredana Dott. 4 100 Qualifica 5 PESANDO Igor R.U. 4 20 TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 5 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 3.6 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FB11 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Michele Caselle

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento 2005 miglioramento nella comprensione della regolazione genica.

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Francesco Becattini

Rappresentante nazionale: Francesco Becattini Struttura di appartenenza: FI Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Fenomenologia degli ioni pesanti ultrarelativistici e interazioni forti a temperatura e densita' finite. Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Produzione adronica nelle collisioni di ioni pesanti di alta energia e segnature della formazione del Quark Processo fisico Gluon Plasma. Adronizzazione. Diagramma di fase della QCD nel piano T−mu_B. Modelli effettivi di QCD. studiato

Apparato strumentale utilizzato

Firenze, Laboratori del Sud, Torino, Trieste Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterne all'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI31 4 Struttura Resp. loc.: Wanda Alberico TO

Invito al Prof. Piotr Czerski del Institut Fiziki Jadrovej di Krakow (Polonia), per 0,5 collaborazione su tematiche relative allo studio del QGP mediante urti di Ioni relativistici 0,5

Missioni all'estero e partecipazione a congressi internazionali 3,0 3,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 5,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI31 4 Struttura Resp. loc.: Wanda Alberico TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI31 4 Struttura Resp. loc.: Wanda Alberico TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Francesco Becattini

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ FI 8,5 15,0 23,5 0,0 LNS 1,0 1,0 2,0 4,0 0,0

TOTALI 9,5 1,0 17,0 27,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Francesco Becattini

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 Tutta l'attivita' delle varie sezioni nel 2004 e' nell'allegato n. 1. L'elenco delle pubblicazioni e altri lavori e' nell'allegato n.2, quello dei talks e' nell'allegato 3.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 Tutta l'attivita' prevista per il 2005 nelle varie sezioni e' descritta nell'allegato n. 1

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

TOTALE 9,5 4,0 19,5 33,0

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Francesco Becattini

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 22,0 3,0 39,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 64,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI31 4 Struttura Resp. loc.: Wanda Alberico TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 ALBERICO Wanda P.O. 4 50 2 BERAUDO Andrea Dott. 4 70 Numero totale dei Tecnologi 0 3 LAVAGNO Andrea R.U. 4 40 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 MOLINARI Alfredo P.O. 4 20 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Ruolo Art. 15 Assoc. tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 4 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 1.8 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Francesco Becattini

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI41 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Lusanna

Rappresentante nazionale: Luca Lusanna Struttura di appartenenza: FI Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI RELATIVITA' GENERALE HAMILTONIANA E GRAVITAZIONE

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

FI41 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

FI,PR,TO, LE Sezioni partecipanti all'esperimento

Univ. Tennessee USA (Crater) Istituzioni esterne Univ. Columbia, Missouri, USA (Mashhoon) Villanova Univ. PA, USA (Jantzen) all'Ente partecipanti Istituto Suprior Tecnico Lisbona, Portugal (Picken) Steklov Math.Institute, Moscow (Chekhov)

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI41 4 Struttura Resp. loc.: J. E. Nelson TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Per l'anno 2005 per Torino si richiedono 1.0 KEuro interno per il convegno QG05 1,0 (Cagliari) e viaggi nazionali. 1,0

Per l'anno 2005 per Torino si richiedono 4.0 KE estero per viaggi di Nelson in 4,0 Portogallo (Picken) e Russia (Chekhov 4,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI41 4 Struttura Resp. loc.: J. E. Nelson TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI41 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Lusanna

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ FI 6,0 3,0 6,0 15,0 0,0 PR 1,0 2,0 3,0 0,0 TO 1,0 4,0 5,0 0,0

TOTALI 2,0 6,0 3,0 6,0 6,0 8,0 15,0

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI41 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Lusanna

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 FI4105I.pdf

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005

FI4105II.pdf

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 1989 24,9 24,9 1994 6,7 6,7 1995 11,6 11,6 1996 12,3 12,3 1997 14,4 14,4 1998 9,8 9,8 1999 12,3 12,3 2000 2,5 1,5 5,6 9,6 2001 5,0 1,5 10,0 16,5 2002 5,0 1,5 6,0 12,5 2003 7,2 7,2 2004 6,5 0,5 8,5 15,5

TOTALE 118,2 5,0 30,1 153,3

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI41 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Lusanna

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 17,0 6,0 28,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 51,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FI41 4 Struttura Resp. loc.: J. E. Nelson TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 NELSON Jeanette R.U. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 Tecnologi Full Time Equivalent 0 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Ruolo Art. 15 Assoc. tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 1 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 1 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FI41 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Lusanna

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FT61 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Biferale Rappresentante nazionale: Luca Biferale Struttura di appartenenza: RM2 Posizione nell'I.N.F.N.: PROGRAMMA DI RICERCA

A) INFORMAZIONI GENERALI Particelle e campi in turbolenza sviluppata Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

Sigla dello FT61 esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Trasporto di particelle e campi attivi e/o passivi da parte di flussi turbolenti. Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

RM2, RM1, FE, FI, TO, GE Sezioni partecipanti all'esperimento

CNR,CNRS (INLN, Observatoire de Nice) University of Twente, University of Marburg, Istituzioni esterne all'Ente partecipante Weizmann Institute of Science, University of Helsinki, KNMI

Durata esperimento

B) SCALA DEI TEMPI : piano di svolgimento PERIODO ATTIVITA' PREVISTA entro il 2005 intendiamo avere i primi risultati su: drag reduction in flussi omogenei, two 2005 phase flows, particelle inerziali

Mod EN. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FT61 4 Struttura Resp. loc.: Guido Boffetta TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale missioni in altri nodi dell'iniziativa specifica 1,0 1,0

invito dr. celani marzo 2005 x collaborazione su particelle inerziali 1,0

1,0

missioni e convegni all'estero 1,0 1,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 3,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FT61 4 Struttura Resp. loc.: Guido Boffetta TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Beside Prof. Boffetta also Dr. Gamba and other two post−docs are working in close collaboration in Torino. The group has been active in the past on DNS of two dimensional turbulence in the inverse cascade regime [1] and in two dimensional conductinf flows [2]. The group has also numerically demonstrate, for the first time, the essential validity of Richardson law for relative dispersion in turbulence [3,4]. Recently they have worked, in close contact with Dr. Celani in Nice, France, on drag reduction in flows with polymers [5], and on a state−of−the−art DNS at 1024^3 resolution of turbulent flows with passive tracers [6,7].

[1] G. Boffetta, A. Celani and M. Vergassola, Inverse energy cascade in two−dimensional turbulence:Deviations from Gaussian behavior, Phys. Rev. E 61, R29−−R32 (2000) [2] A. Celani, R. Prandi and G. Boffetta, Kolmogorov's law for two−dimensional electron−magnetohydrodynamic turbulence, Europhys. Lett. 41, 13−−18 (1998) [3] G. Boffetta and I. Sokolov, Relative dispersion in fully developed turbulence: The Richardson's Law and Intermittency Corrections, Phys. Rev. Lett. 88, 094501 (2002) [4] G. Boffetta and A. Celani, Pair dispersion in turbulence, Physica A 280, 1−−9 (2000) [5] G. Boffetta, A. Celani and A. Mazzino, Onset and universality of drag reduction in the turbulent Kolmogorov flow J. Fluid Mech. (submitted 2004) [6] L. Biferale, G. Boffetta, A. Celani, A. Lanotte and F. Toschi, Lagrangian statistics in fully developed turbulence, Phys. Rev. Lett. submited (2004) nlin.CD/0402032; [7] L. Biefrale G. Boffetta, B. Devenish, A. Celani, A. Lanotte and F. Toschi, Multifractal statistics of Lagrangian velocity and acceleration in turbulence, Phys. Rev. Lett. in press(2004).

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FT61 4 Struttura Resp. loc.: Guido Boffetta TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FT61 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Biferale

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ FE 1,5 1,0 2,0 4,5 0,0 FI 0,5 1,5 2,0 0,0 GE 1,0 0,5 3,0 4,5 0,0 RM1 1,0 2,0 1,0 4,0 0,0 RM2 1,5 1,5 5,5 8,5 0,0 TO 1,0 1,0 1,0 3,0 0,0

TOTALI 6,5 6,0 14,0 26,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Nuovo esperimento Gruppo Preventivo per l'anno 2005 FT61 4

PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

1. PARTICLES AND FIELDS IN TURBULENT FLOWS

The research proposed in this Iniziativa Specifica (IS) is focused on the problem of "Particles and Fields" transported by −−and reacting with−− turbulent flows [Frisch 1995]. We want to understand the behavior of the flow once seeded with polymers, surfactants, bubbles, with reactive quantities, as in combustion, or with active scalars like Rayleigh−Benard convection, to cite just some. These are real problems prompting interesting questions for theoretical physics. The objective of this research effort is to focus on these problems with the methods developed in the context of fundamental theoretical research. In the last 20 years the situation has become even more complex by the recognition of the ubiquity of Lagrangian chaos (chaotic advection) even in the presence of simple Eulerian fields.

Roughly speaking one can distinguish three different classes of problems according to properties of the transported field:

(i) The passive problem, with particles and fields which are transported by the flow without affecting on it [see Falkovich et al 2001, and references therein]

(ii) The reacting problem, given by quantities which are still transported by the flow without affecting on it, but developing chemical or biological reactions [see Livi and Vulpiani 2003, and refrences therein].

(iii) The active problem, where fields and particles modify the flow while being transported [Lumley 1967; Kadanoff 2001].

We propose here to continue a recently initiated research activity, combining theory, simulations and experimental data analysis to advance these fields. The combination of expertise of the groups represented in this IS offers good prospects for rapid progress on realistic and challenging objectives.

From a methodological point of view, we expect to attack two different situations:

(1) The first is when a large−scale and large−time dynamics for the transported quantity can be defined (existence of a scale separation between the underlying flow structures and the advected/reacting quantities).

(2) The second, more common, is when turbulence affects all scales, no scale−separation is any more present, transport, diffusion and feed−back on the flow are intimately related on all relevant scale of motion and on all relevant frequencies.

Concerning the first situation, one among the most challenging issues of modern turbulence theories is to find the way through which ultraviolet degrees of freedom can be averaged out to give rise to large scale effective equations. Solve this problem amounts to solving the long−standing closure problem which characterizes all the known turbulent systems including those which are governed by linear stochastic partial differential equations. For that purpose, many field theoretic methods have been applied in the last decades, including the Renormalization Group (RG) [Adzheyman 1999] and other renormalized strategies among which the most popular is probably the so−called Multiple Scale Expansion (MSE) [Majda 1999]. All such techniques lead to large scale effective equations where the bare parameters (e.g., bare viscosity, bare diffusivity or bare resistivity) are replaced by renormalized parameters. The goal is to find such parameters, a task that, in general, requires an interplay between analytical (e.g. RG and MSE) and numerical tools (e.g, Direct Numerical Simulations, DNS). Researchers of this IS have developed in the past optimal analytical and numerical tools to attack such problems. We expect important advancements in the field trying to extend MSE to the case of non−Newtonian flows and active tracers, cases where the long−time, large−scale asymptotic is not always diffusive.

In the absence of scale separation −−the second scenario−− one is often forced to resort to Direct Numerical Simulations (DNS). Numerical studies of turbulent systems is a scientific challenge by itself. Benchmarks of all massive parallel machines are usually made on numerical code integrating Navier−Stokes equations. A huge computational power is not sufficient to make long lasting research in the field. New statistical and theoretical tools to analyze and probe physical observables have been developed. Recently, theoretical and numerical tools focused on the Lagrangian properties of the advected particles have been proposed [Falkovich et al. 2001]. Tracking particles statistics allow for a direct control on both the advected quantity and on the turbulent velocity statistics along their trajectories. Recently, the experimental side has been revolutionized by the application of particles detecting techniques borrowed from high energy physics [La Porta et al, 2001]. We believe that the application of Lagrangian techniques, based on the statistics of first passage times of groups of particles to a targeted inter−particle distance and on the shape−to−shape evolution of the particle clouds may dramatically improve the numerical and theoretical understanding of many applied problems. Such techniques have already been extremely useful for the analysis of passive scalar dynamics in isotropic and homogeneous models. The introduction of similar techniques in other flows would dramatically change the subject, with important ramifications in the analysis of field data and numerical simulations. Extending the application of these statistical tools to the velocity components of the particle phase−space may allow us to study also the statistical properties of the carrying fluid. Let us stress that researchers of this IS have recently performed state−of−the−art DNS of turbulent flows with passive particles advection [Biferale et al 2004]. The extension of these expertises to the cases of ``inertial particles'' and two−phase flows with and without feed−back must be seen as a natural consequence.

Objective &State of the Art

Most known turbulence phenomena in the real world can be classified to belong to one of the three classes cited above. In many cases a small change in a few constituent parameters may let the system switch from one class to another. The scholarly example usually presented is the case of local temperature fluctuations of a mono−phase fluid in the presence of gravity. Here, depending on the temperature imposed at the boundaries, and on the thermal expansion coefficient of the fluid, one may switch from a purely passive case, class (i), where temperature is advected and diffused by the flow without affecting it to the celebrated Rayleigh−Benard convection where temperature drives the whole fluid motion −−an example of class (iii). Similarly, macroscopic magnetic fields can affect or not the motion of a conducting fluid depending on the intensity of the Lorentz force. An important astrophysical−geophysical example behind the already cited case of temperature in class

Mod EN. 5 Pagina 1 di 2 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Nuovo esperimento Gruppo Preventivo per l'anno 2005 FT61 4

PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

(i) is the so called Fermi acceleration of charged particles originally proposed by Fermi for the origin of the cosmic ray. The original proposal in which charged particles could be accelerated by reflection from magnetic propagating disturbances had enormous impact both in the context of dynamical systems theory and astrophysical applications [Lichtenberg 1991]. Another very interesting case belonging to class (i) is given by the passive transport of inertial particles, i.e. particles with a different density from the carrying flow [Maxey and Riley, 1983]. In most cases, the densities mismatch leads to a transport problem in an ``effective'' compressible flows with interesting properties of particles clusterization in high (low) pressure region if the particles are heavier (lighter) than the carrying fluid. The behavior may strongly depend on the parameters of the two−phases, leading to different collective behavior ranging from fully sticky phases (with collapse of all material in a few attractive blobs) to almost homogeneous concentration −− with intermediate situations of fractal and multifractal clustering. When the reaction of the particle on the flow cannot be neglected one speaks about two−phase flows in the two−way coupling regime, now a problem in class (iii). This is the realm of bubbly laden flows, turbulent or laminar. Here, the problem, intensively studied experimentally and numerically since the beginning of the last century has recently attracted the interest of theoretical physicists. Modelization is still in its infancy. To give the idea, a general agreement on the optimal continuous modelization of bubble feed−back on the flow is still lacking. In other words, scientists in the field are forced to treat the interaction with the flow "bubble by bubble", as descriptions in terms of a bubble concentration field are still inadequate. In class (ii) we have the advection−reaction−diffusion (ARD) which have received in the last decades some attention due to their relevance for spatially extended ecological communities, mixing in reacting flows environmental processes in atmosphere such as ozone reactions. The most general ARD contains 3 terms: an advection term, accounting for the effect of the velocity; a diffusive term; a reaction term, representing the chemical or biological aspects. The analytical treatment of the complete case is not trivial at all. So that for the complete ARD only the limit cases (even if non trivial) have been studied, some simple laminar velocity fields, and velocity field assumed to be random processes in space and/or time. Another problem which attracts our attention is connected to the spectacular drag reduction effect. The case of turbulent flows that after the injection of infinitesimal polymer concentration (a few parts over million) enjoys a macroscopic reduction in the drag (up to 80 %). This effect, known for more than 50 years ago, has been studied with the proper tools of many−body statistical mechanics only recently.

Expertises

The groups participating in this IS have initiated and led the Italian and European research effort in many general and detailed topics related to the research project. The group of Rome II is formed of three permanent scientists plus a few post−docs and PhD (2 at the present moment). It has a leading experience in numerical and theoretical aspects of turbulence. The group has access to different massively parallel computers (APE, PC−farm of 32 double processors; Ibm−SP4 architectures at CINECA;). In the past, members of the group have performed state−of−the art numerical simulations in three and two dimensional turbulence. They have been pioneering numerical algorithms based on Lattice−Boltzmann theory [Benzi et al. 1992]. Recently, in collaboration with the group of Torino and Ferrara, they have performed a state−of−the−art DNS at 1024^3 resolution, of 3d turbulent flows seeded with millions of particles, collecting the widest data−base of Lagrangian turbulence available worldwide with that resolution [Biferale et al. 2004]. They have also pioneered the use of SO(3) decomposition to disentangle isotropic from anisotropic contributions in turbulent flows [see Biferale and Procaccia 2004, and refrences therein].

The group of Rome I is formed of one permanent scientist and of about 3−4 PhD and/or Post−docs. It has been among the leading group, worldwide, about the application of modern dynamical system theory in hydrodynamical problems [Paladin and Vulpiani, 1987; Crisanti et al. 1991]. Among them we cite the application of multifractals to turbulence and dynamical systems and the development (in collaboration with the group of Torino) of the concept of Finite Size Lyapunov Exponents [Boffetta et al, 2002a].

The group of Torino is formed of 1 permanent scientist plus a few PhD and Post−docs. It has a leading experience in DNS of two dimensional turbulence in both fluid and in plasma systems. The group has also numerically demonstrate, for the first time, the essential validity of Richardson law for relative dispersion in turbulence [Boffetta &Sokolov 2002b] .

The group of Genova is formed of two permanent scientists plus from 3 to 4 PhD and/or post−docs. It has been among the first team that have applied (also in collaboration with the group of Roma I and Torino) modern techniques for Lagrangian simulations to flows with geophysical interest. They also have been pioneering the application of Renormalization Group techniques and Instantonic calculus to turbulence (in collaboration with the group of Firenze) [Collina et al, 2004].

The group of Ferrara is formed of 2 permanent scientists plus 2 among PhD and post−docs. It has pioneered the use of Lattice Boltzmann schemes in SIMD architecture [Tripiccione 2001]. The machines employed has been, over time, Ape 100, ApeMille and nowadays the group is in process of porting all programs to the brand new Ape NEXT platform. Among the physical systems that have been studied in the past, we just cite the turbulent flow in a channel and the convective turbulence in a Rayleigh−Benard cell [Calzavarini et al. 2002].

Scientific Goals

Drag−Reduction: It is well known that the addition of few part per million of long chain polymers to water reduce the turbulent friction factor in a pipe flow up to 80% [see for example Sreenivasan and White (2000) and reference therein]. Despite the vast amount of studies on the subject, the physical mechanism of polymer drag reduction remains obscure. Recent studies have shown that it is possible to reproduce the drag reduction phenomenology by numerical simulations of viscoelastic fluid in turbulent channel flow and in homogeneous and isotropic turbulence. The proposed research will investigate polymer drag reduction by means of theoretical development of simplified models and DNS in simplified geometry. The general objective is to point out the physical ingredients necessary to observe turbulent drag reduction. Another interesting issue is connected to the possibility that drag−reduction can be reproduced by a suitable scale (position) dependent effective viscosity for homogeneous (bounded) flow induced by the polymer fields, as recently proposed [Benzi et al 2004]. We intend to follow this path by performing DNS of pure turbulent flows with different eddy−viscosity modeled to reproduce the drag−reduction in the presence of diluted polymers. Tools: DNS in 2d and 3d; low−dimensional modelization (Shell Models); Multiple Scale Expansions; linear−stability analysis (transition to chaos in the presence/absence of polymers). Sections: Roma II, Genova, Torino, Ferrara.

Two−Phase Flows: The second problem we want to address is related to active bubble dynamics in fully developed turbulence. The problem has many physical applications, ranging from chemical industry (gas−liquid reactors rely on bubbles to increase the area between the phases), to friction drag reduction in turbulence (with applications for navigation). One part of the project consists in studying numerically the effects of bubble feed−back in turbulent flows with a mean profile. To simplify the problem we will start from a flow without boundaries. We intend to perform DNS of Kolmogorov Flows coupled to small concentration of micro−bubbles. Here the effects on the mean velocity profile and the importance of the lift force will be investigated in detail. Another part of the project is the development of a suitable continuous model for bubble−fluid interaction. Available models are based on a Lagrangian approach, in which single bubble trajectories are resolved. This approach in not fully efficient for numerical implementations and the development of a fluid model, which considers bubble concentration, may results very important. Tools: DNS in 2d and 3d; low−dimensional modelization (Shell Models); phenomenological modelization of the bubble−flow interaction; Sections: Rome II, Roma I, Genova, Torino, Ferrara.

DNS + Algorithms: Direct Numerical Simulations are a necessary tool in many of the scientific issues here proposed. We are continuously investing in improving the computational power and expertise of our groups. We are interested in finding new algorithms and/or new architectures where to probe and perform our simulations. The Lattice Boltzmann algorithms on the APE machines has played a particular key role in this field. Nowadays we are in the process of porting our programs to the brand new Ape NEXT platform. The future Ape NEXT machine that we plan to employ has 512 nodes with 256Mbytes/node for a total memory of about 131 Gbytes. Typical communication bandwidth will be of the order of 200Mbyte/sec with a latency of 0.1 mu s. This machine may allow us to perform high resolution numerical simulations of the turbulent full 3D velocity field plus an additional scalar field (which may be a passive or active scalar) up to resolutions of the order of 1024^3. A challenging problem for this architecture would be the implementation of an efficient Fast Fourier Transform. We have already some experience in implementing it on both APE 100 and ApeMille architecture [Lippert 1997]. Here we just underline that with pseudo−spectral numerical codes it may be reasonable to obtain on ``small'' machine configuration (i.e. 16 nodes) reasonable performances comparable with the ones of commercial super−computers. In our experience on 64 processors of an IBM SP4 a 1024^3 simulation with pseudo−spectral code is running at a sustained performance of 135Mflops/proc for a total of 8.6 Gflops. On Ape Next it may be reasonable to expect performances of the order of 2.5 Gflops on 16 nodes. Sections: Roma II, Roma I, Ferrara, Torino, Firenze, Genova.

MSE: Multiple Scale Expansion is the most advanced analytical tool able to highlight the asymptotic behavior of PDE's. The other monument is the Renormalization Group. We intend to investigate their limits and advantages also when applied to less ideal situations, as the case of dynamics with no clear ``small parameters'' and large scale−separations. To be more specific, as far as the large scale limit is concerned, we aim at investigating the large scale dynamics of non−newtonian flows where the Navier−Stokes equations are actively coupled to elastic degrees of freedom mimicking polymers, membranes, heavy particles etc. We shall use MSE to study both the linear stability analysis and the weakly nonlinear regime. DNS will be exploited both to verify the perturbative predictions and to explore nonperturbative regimes. Tools: singular perturbative techniques; DNS. Sections: Firenze, Genova, Roma I, Torino.

MHD: Magnetohydrodynamics. We intend to perform DNS of a conducting flow in the regime of strong Lorentz feedback. The main issue we want to understand is connected to the presence of strong anisotropic magnetic fluctuations induced by propagation of Alfven waves. We intend to exploit modern methods of data−analysis based on the SO(3) decomposition to quantitatively disentangle the isotropic from anisotropic fluctuations at all scales. Another different problem of interest will be the motion of charged particles in localized electromagnetic fields, here we intend to study the presence of standard/anomalous diffusion in the particle's phase space. Tools: DNS; SO(3) decomposition; stochastic calculus. Sections: Roma II, Roma I, Ferrara.

The developments and achievements described before will strongly exploit the already well established scientific and friendly connections between all group's members. Also, all groups have strong and long lasting scientific collaboration with some of the most active foreign groups and scientific research centers. Among them we cite the well established connections with the group of Prof. N. Antonov at the University of San Petersburg (Russia), Prof. U. Frisch in Nice (France), the group of Prof. A. Kupiainen andProf. Y. Honkonen at the University of Helsinki (Finland), the group of Prof. D. Lohse at the University of Twente(The Netherlands), the group of Prof. I. Procaccia at the Weizmann Institute of Science (Israel), the group of Prof. M.H. Jensen at Niels Bohr Institute in Copenhagen (Denmark). Scientific and fruitful connections exist also with the groups of Prof. K.R. Sreenivasan, Director of the ICTP (Italy); of Dr. A. Celani (INLN, Nice, France) and of Prof. I. Sokolov (Berlin University, Germany).

Short Bibliography

Adzheyman L.T., Antonov N. V. and Vasiliev A.N. "The Field Theoretic Renormalization Group in Fully Developed Turbulence" (Gordon &Breach, London, 1999).

Benzi R., Succi S. and Vergassola M. "The Lattice Boltzmann Equation: Theory and Applications" Phys. Rep. 222, 145 (1992).

Benzi R. et al "Theory of Concentration Dependence in Drag Reduction by Polymers and of the Maximum Drag Reduction Asymptote" Phys. Rev. Lett. 92, 078302 (2004).

Biferale L. et al, "Lagrangian statistics in fully developed turbulence" nlin.CD/0402032 submitted to Phys. Rev. Lett. (2004).

Biferale L. and Procaccia I. "Anisotropy in turbulence and in turbulent transport" Phys. Rep. submitted (2004) and nlin.CD/0404014.

Boffetta G. and Sokolov I. "Relative dispersion in fully developed turbulence: The Richardson's Law and Intermittency Corrections" Phys. Rev. Lett. 88, 094501(2002b)

Boffetta G. et al. "Predictability: a way to characterize Complexity" Phys. Rep. 356, 367 (2002a).

Calzavarini E. et al, "Evidences of Bolgiano−Obhukhov scaling in three−dimensional Rayleigh−Benard convection" Phys. Rev. E 66, 16304 (2002).

Collina R., Livi R. and Mazzino A. "Self−similar behavior of pre−turbulent fluctuations" J Stat. Phys. submitted (2004).

Crisanti et al. "Transport, Mixing and Diffusion in Fluids" Riv. Nuovo Cim. 14, 1 (1991)

Falkovich G., Gawedzki K. and Vergassola M. "Particles and Fields in Fluid Turbulence" Rev. Mod. Phys. 73, 913−975 (2001).

Frisch U. "Turbulence: the legacy of A.N. Kolmogorov" (Cambridge University Press, Cambridge 1995).

Kadanoff L.P. "Turbulent heat flow: strucures and scaling" Physics Today, vol 54, p 34, (2001)

La Porta et al. Nature 409, 1017 (2001).

Lichtenberg A.J. and M.A. Lieberman M.A. "Regular and Chaotic Dynamics" 2nd Ed. (Springer−Verlag, New York, 1991)

Lippert T. et al "FFT for the APE Parallel Computer" Int. J. Mod. Phys. C, 8, 1317−1334 (1997), Livi R. and Vulpiani A. "The Kolmogorov Legacy in Physics" Lectures Notes in Physics (2003).

Lumley, J.L. "Drag reduction by additives" Annu. Rev. Fluid Mech. 1, 367 (1969).

Majda A.J. and Kramer P.R. "Simplified models for turbulent diffusion: Theory, numerical modelling, and physical phenomena" Phys. Rep. 314, 238 (1999).

Maxey M.R. and Riley M. "Equation of motion for a small rigid sphere in a non uniform flow" Phys. Fluids 26, 883(1983).

Paladin G. and Vulpiani A. "Anomalous scaling laws in multifractal objects" Physics Report, 156, 147 (1987).

Sreenivasan K.R. and White C.M. "The Onset of Drag Reduction by Dilute Polymer Additives and the Maximum Drag Reduction Symptote" J. Fluid Mech. 409, 149 (2000).

Tripiccione R. 'Simulations on APE machines" Comp. Phys. Comm. 139, 55 (2001).

Mod EN. 5 Pagina 2 di 2 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FT61 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Biferale

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 13,0 12,0 27,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 52,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo FT61 4 Struttura Resp. loc.: Guido Boffetta TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 BOFFETTA Guido P.A. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 Tecnologi Full Time Equivalent 0 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Ruolo Art. 15 Assoc. tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 1 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 1 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE FT61 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Luca Biferale

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE MI12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: L. Girardello

Rappresentante nazionale: L. Girardello Struttura di appartenenza: MI Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Fisica teorica − Teoria dei campi − Stringhe − Teorie Conformi − Teorie di Gauge e Materia Condensata

Linea di ricerca

SISSA − TS

Laboratorio ove si raccolgono i dati

MI12 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

GE, MI, TO, TS Sezioni partecipanti all'esperimento

CERN, NEW YORK UNIVERSITY, NORDITA, HARVARD (USA), TATA INSTITUTE (BOMBAY), LEUVEN Istituzioni esterne (BELGIO). all'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo MI12 4 Struttura Resp. loc.: Igor PESANDO TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Billo', Pesando, D'Auria , Ceresole, Fre', Gheerardyn, Modesto, Triginate 4,0 partecipazione convegno a Capri Rulik partecipazione Spring School TS 0,5 4,5

Lledo maggio 2005 1,5

1,5

Billo', Pesando cool. Di Vecchia 3,5 D'Auria, Trigiante, Ceresole CERN coll Ferrara 7,0 19,0 Ceresole, Gheerardyn, Modesto Strings 2005 6,0 Fre' Leuven coll van Proeyen 2,5

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 25,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo MI12 4 Struttura Resp. loc.: Igor PESANDO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Descrizione della linea di ricerca:

Si approfondira' la descrizione e l'uso della stringa per effetuare calcoli istantonici in teoria di gauge. Si usera' la supergravita' per problemi cosmologici considerando particolari background in particolare quelli con flussi. Si studiera' inoltre la rottura spontanea di supersimmetria in supergravita'.

Risultati recentemente ottenuti nella linea descritta:

Si e' dimostrato come la stringa descriva naturalmente gli istantoni di gauge nel sistema legato di D3/D(−1) nel gauge singolare e si e' considerato come la stringa descriva gli istantoni N=1/2. Si sono costruiti i boundary states di D−brane su $pp$−waves. Si sono studiate soluzioni di D−brane frazionarie e ``wrapped'' nonche' le riduzioni consistenti della supergravita'. Si sono considerate soluzioni cosmologiche della supergravita', in particolare una soluzione con spazio tempo quadridimensionale dS. Si sono anche considerate soluzioni con flussi e no scale per descrivere la rottura spontanea della supersimmetria.

Settori in cui ci saranno i maggiori approfondimenti:

Si continuera' lo studio della stringa come mezzo per effettuare calcoli istantonici. Si continuera' lo studio dei meccanismi di rottura spontanea della supersimmetria nelle teorie di supergravita` in quattro dimensioni e delle soluzioni cosmologiche.

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo MI12 4 Struttura Resp. loc.: Igor PESANDO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE MI12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: L. Girardello

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ GE 2,5 6,5 9,0 0,0 LNF 5,0 14,4 16,2 35,6 0,0 MI 3,0 14,0 17,0 0,0 TO 4,5 1,5 19,0 25,0 0,0 TS 2,0 2,0 4,0 0,0

TOTALI 17,0 15,9 57,7 90,6

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE MI12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: L. Girardello

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 per l'attività svolta vedi l'attività prevista.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 TITLE: STRING THEORY, QUANTUM FIELD THEORIES AND EXTRA−DIMENSIONS.

KEYWORDS: string theory, quantum field theory, supergravity, (supersymmetric) gauge theories, D−branes, extra−dimensions, supersymmetry breaking, non−commutative theories, AdS/CFT duality, string cosmology , string field theory.

MI12: INFN sections of Genova, LNF, Milano, Torino, Trieste.

The research activity of the MI12 group focuses on the following three areas:

(I) String Theory. (II) Quantum Field Theory. (III) Extra−dimensions and Cosmology.

Participants in the MI12 group have investigated numerous topics in each of these areas, keeping abreast of the most recent developments in the different fields and obtaining important and acknowledged results.

INTRODUCTION TO PHYSICAL MOTIVATIONS AND TO GENERAL FRAMEWORK OF RESEARCH ACTIVITY

Recent developments in non−perturbative string theory have brought remarkable progress in the understanding of non−perturbative symmetries and of various dualities between weak and strong coupling regimes of string theory. A fundamental role is played here by the Dirichelet p−branes (D branes), which are extended dynamical objects in p−spatial dimensions (string solitons), whose low energy dynamics is described by supersymmetric gauge theories in p+1 dimensions. Analysis of D−brane configurations therefore provides non−perturbative information on gauge theories and leads to a framework that unifies string theory, supergravity and gauge theory.

The study of brane dynamics has also led to the formulation of a new kind of duality between gauge theories and strings, known as the AdS/CFT correspondence, which relates certain super−conformal gauge theories to strings that propagate on Anti de Sitter space−time. The strong coupling regime of these gauge theories corresponds to the classical limit of the dual string theory, which is in turn described by classical supergravity. One can thus perform classical supergravity computations in order to extract information on the strong coupling regime of quantum gauge theories. An important consequence of such holographic (or AdS/CFT) duality consists in the possibility of studying the large N (t'Hooft ) limit of SU(N) conformal gauge theories.

An important by−product of the recent progress in string theory has been a renewed interest in quantum field theories on non−commutative space−time. Indeed, low energy string dynamics in the presence of non−trivial backgrounds with non−vanishing tensorial or spinorial fields gives rise to field theories in non(anti)−commutative (super)space. Non(anti)−commutative geometries also arise in supersymmetric field theories in the context of the duality between supersymmetric gauge theories and matrix models −−− the so−called Dijkgraaf−Vafa duality, a variant of the AdS/CFT duality −−− once non−planar string effects are taken into account. NCQFT are non−local field theories which seem to have good UV properties and manifest an intriguing UV/IR mixing. In recent years, intense research activity has been dedicated to investigation of the effects of non−commutativity on various properties of quantum field theories, such as renormalizability, integrability and existence of solitonic solutions. Ultimately, an understanding of the quantum consistency of on non(anti)−commutative field theories might point to interesting extensions of the paradigm of locality , which is the cornerstone of renormalizable quantum field theories.

D−brane physics has also close relations with the Extra−Dimensions scenarios. The possibility that we live on branes sitting in spacetimes with more than 4 dimensions raises strong theoretical and phenomenological interest. The Extra Dimension topic ties together string theory,general relativity and the standard model:it suggests interesting directions and problems in continuous evolution.

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

OUTLINE OF MAIN RESULTS OBTAINED DURING 2001−2003 RESEARCH ACTIVITY

(I) STRING THEORY

______a) AdS/CFT duality ______

1) Construction of 10d supergravity solutions for systems with wrapped and fractional branes. Examples of duals for non−conformal theories with N=2,1 and N=0 supersymmetry . In particular, the holographic description of anomalies, beta functions and chiral condensates is discussed. The string resolution of the singularities that plague some of these solutions has been investigated. (MI), (TO), (TS)

2) Aspects of the BMN limit for operators with large dimensions in the AdS/CFT (pp−waves background): study of boundary states and non supersymmetric or compactified solutions. (TO), (MI), (TS)

3) Higher spin holography: study of higher spin currents for N=4 SYM; Higgs mechanism for higher spin as a clarification of the duality between 3D critical field theories and higher spin theories in AdS4. (LNF), (MI)

4) Tests for the validity of the AdS/CFT correspondence based on the comparison of perturbative calculations of correlation functions in N=4 SU(N) SYM to results obtained from AdS_5*S_5, both in the cases of protected ( no anomalous dimension) and non−protected composite operators. (GE), (MI)

5) Identification of the conformal field theories dual to 10 and 11d supergravity compactifications and study of the Kaluza−Klein spectrum. (TO), (MI)

6) Construction of gauged supergravities relevant for the holographic duality. (TO) (LNF)

______b) Aspects of string compactifications and supergravity ______

1) Study of non−trivial truncations of extended supergravities to supergravities with lesser supersymmetry. (TO), (LNF)

2) Mechanisms of spontaneous breaking of local supersymmetry. (TO), (LNF)

3) Mechanisms and patterns of partial spontaneous breaking of extended local supersymmetry. (LNF)

4) Supergravity description of de Sitter vacua. (TO)

5) Spontaneous supersymmetry breaking in no−scale models and in models with fluxes. (TO)

6) Scherk−Schwarz mechanisms of breaking of supersymmetry in models of string theory and of field theory. (TS)

______c) General aspects of string theory ______

1) Computation of the R4 term at two Superstring Loops. (TS)

2) Semiclassical decay of strings. (TS)

3) Anomalies in orbifold field theories. Quantum stability of type II orbifolds and orientifolds. (TS)

4) Application of superstring theory to instantonic computations in gauge theories and to the description of N=1/2 ADHM construction. (TO)

5) Long lived massive string states found by numerical study of the decay rate formula, together with a determination of the decay modes. (TS) 6) Analysis of the spectrum of quantized Open String Field Theory in the tachyonic vacuum by means of a new algorithm. (GE) ______d) D−brane physics ______

1) Study of properties and interactions of D−branes using boundary states. (TO)

2) Study of D−branes coupling to space−time fields for non−BPS and type O branes. (TO)

______e) Topological string theories ______

1) Derivation of local Ward identities for the B model of topological strings. These identities show that the holomorphic anomaly of topological strings does not entail, contrary to what is generally supposed, a supersymmetry anomaly. (GE)

(II) QUANTUM FIELD THEORIES

______f) Gauge theories ______

1) Supersymmetric gauge theories and matrix models : extension to the case of theories with matter of the Dijkgraaf−Vafa (DV) method of computing chiral quantities of N=1 supersymmetric theories using matrix models; analysis of the geometrical aspects of DV construction. (MI)

2) Algebraic proof of the non−renormalization theorem for the perturbative beta function of the coupling constant of N=2 super Yang−Mills theory. (GE)

3) String description of self−dual super Yang−Mills theory. (LNF)

______g) Non−commutative quantum field theories

______

1) Algebraic study of the most general NC structure consistent with supersymmetry. (LNF), (MI)

2) Formulation of supersymmetric field theories on (non)anti−commutative superspace. (LNF), (MI)

3) Evaluation of the chiral anomaly in NC super−Yang−Mills theory. (MI)

4) Formulation of the NC, integrable sine−Gordon model. (MI)

5) Relation of NC supersymmetric theories to strings in different backgrounds. (LNF)

6) NC quantum mechanics. (LNF)

7) Derivation of the renormalization group equation of the Wilson−Polchinski type for the matrix field theories and NC field theories in the planar limit. (GE)

8) Clarification of the concept of renormalizability that is appropriate to the non−local framework of NC field theories of the Moyal type in the limit of large non−commutativity. (GE)

(III) EXTRA−DIMENSIONS AND COSMOLOGY

1) Study of the relation between Randall−Sundrum scenarios and the AdS/CFT correspondence. (MI)

2) Gauge coupling unification and trasmission of supersymmetry breaking in a 5D warped geometry. The results are explained in terms of the AdS/CFT correspondence. (MI)

3) Stringy model for inflation based on warped compactifications: model realizing old inflation (no slow−roll) and a curvaton field. Analysis of the possibility of detecting gravitational waves in this and similar models. (MI)

4) String cosmology: runaway dilaton and equivalence principle violation. (MI)

5) Phenomenological hypothesis that eases some mismatches between theory and observations in the study of galactic structures. According to this idea the gravitational interaction between dark and baryonic matter is suppressed under galactic scales. (MI)

6) Six dimensional model that might solve the standard model hierarchy problem. (TS)

7) Aspects of string−gas cosmology at finite temperature. (TS)

++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

PROGRAM OF FUTURE RESEARCH

The research lines that have been described above will be further developed. Among the topics that will be attacked in the immediate future are:

− AdS/CFT correspondence. PP wave limit. (LNF), (MI), (TO)

− Instanton computations and counting using gauge and string approaches. (MI), (TO)

− Construction of superstring models with vacua with lesser or none supersymmetry and with fluxes. (LNF), (TO), (TS)

− Supersymmetric gauge theories and matrix models. (GE), (MI)

− Open bosonic string field theory at the tachyonic vacuum. Matrix models of the Konsevitch type as examples of open string field theory. (GE), (MI)

− Renormalization properties and non−local anomalies of (non)−anticommutative supersymmetric gauge theories. (GE), (MI)

− Extra−dimensions,string phenomenology and string cosmology. (MI), (TO), (TS)

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 1994 1,5 3,0 4,5 1995 2,5 4,1 6,6 1996 3,0 6,1 9,1 1997 2,0 6,7 8,7 1998 2,5 7,2 9,7 1999 4,1 10,3 14,4 2000 1,8 1,5 10,5 13,8 2001 1,5 11,5 13,0 2003 2,5 1,0 7,0 10,5 2004

TOTALE 21,4 2,5 66,4 90,3

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE MI12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: L. Girardello

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 17,0 15,9 57,7 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 90,6

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo MI12 4 Struttura Resp. loc.: Igor PESANDO TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 BILLO' Marco R.U. 4 100 2 CERESOLE Anna I Ric 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 D'AURIA Riccardo P.O. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 FRE' Pietro P.O. 4 100 Qualifica 5 GARGIULO Floriana Dott. 4 100 TECNICI 6 PESANDO Igor R.U. 4 80 N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 7 RULIK Ksenja AsRic 4 100 tecnica tecnica

Numero totale dei ricercatori 7 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 6.8 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE MI12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: L. Girardello

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE NA12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Giampiero Esposito

Rappresentante nazionale: Giampiero Esposito Struttura di appartenenza: NA Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Relatività generale − Cosmologia

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

NA12 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Gravitazione e cosmologia inflazionaria Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

Genova, Napoli, Padova, Salerno, Torino Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituto di Fisica Teorica, Universita' di Varsavia; Istituto di Fisica Teorica, Universita' di Lipsia; DAMTP di Istituzioni esterne Cambridge (Inghilterra); Istituto Venezolano de Investigaciones Fisicas; Dipartimento di Matematica, all'Ente partecipanti Universita` Baylor, Waco, USA; Dipartimento di Matematica, Universita` dell'Oregon, Eugene, USA; Dipartimento di Astronomia, Ohio State University, Columbus, USA; College de France.

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo NA12 4 Struttura Resp. loc.: Angelo Tartaglia TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Una per ogni membro del gruppo al costo medio di 0.5 KEUR per missione e per 1,5 persona. 1,5 Partecipazione al seminario nazionale del gruppo NA12 3,0

T. Singh, Department of Applied Mathematics, Banaras Hindu University. Marie Curie 1,5 fellow; visiting professor in the Universities of London, Potsdam, visiting professor in the ICTP Trieste and the CNR 1,5

Una missione per ogni membro del gruppo al costo medio di 1.5 KEUR. Sono già 4,5 previste almeno due missioni individuali a Valencia per la collaborazione che si sta avviando con il Departament d'Astrofis 4,5

Carta, CD, cartucce inchiostro... 1,0

1,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 10,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo NA12 4 Struttura Resp. loc.: Angelo Tartaglia TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Research objectives in 2005

− Complete classification of defects in space−time viewed as a four−dimensional elastic medium. Activity to be developed together with colleagues at the Universidad de Valladolid. − Influence of gravitomagnetic interactions in accreting disks around black holes. Activity to be developed in collaboration with the Departament d'astronomia i astrofisica of the Universidad de Valencia.

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo NA12 4 Struttura Resp. loc.: Angelo Tartaglia TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE NA12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Giampiero Esposito

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ GE 0,5 2,5 3,0 0,0 NA 5,0 4,0 6,0 15,0 0,0 PD 5,0 5,5 10,5 0,0 SA 5,0 7,0 10,0 22,0 0,0 TO 3,0 1,5 4,5 1,0 10,0 0,0

TOTALI 18,5 12,5 28,5 1,0 60,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE NA12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Giampiero Esposito

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 per l'attività svolta vedi l'attività prevista.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 (1) Title: GRAVITATION AND INFLATIONARY COSMOLOGY

(2) MOTIVATION: Research in modern gravitational physics deals with theories of classical and quantum gravity and their cosmological implications. Our project is therefore aiming to study in detail gravitation and the physics of the Universe within the framework of field theory, while paying attention to experimental verifications, which are essential to put the theoretical models on solid ground. Thus, the following key open problems in gravitational physics will be studied:

(i) Very early universe, inflation, and cosmological perturbations. Dark energy and cosmological constant. Possible sources of dark energy, including curvature and torsion. Dynamical recovery of the cosmological constant in extended theories of gravitation. Evolution of perturbations in string cosmology, following them from the Pre−Big Bang inflation through the transition to Post−Big Bang, and through all following phases up to the radiation−dominated phase.

(ii) Interplay of general relativity and quantum field theory; quantum gravity; Casimir effect.

(iii) Classical and quantum measurements in curved space−times, with the aim of analyzing the behaviour of classical and quantum systems under the influence of space−time curvature, with focus on gravity and magnetism, relativistic astrometry, proper time measurements performed by clocks with different spin.

(iv) Dark matter problem and gravitational lensing.

(v) Theories of gravity formulated in space−times with non−compactified extra dimensions. Black hole entropy and modified Kasner and Kahn−Penrose metrics in quantum geometry.

(vi) Space−time effects produced by rotating bodies.

(3) MAIN RESULTS OVER THE LAST 3 YEARS:

NA12−GE: A one−parameter family has been found of static and spherically symmetric solutions of the Einstein equations with a traceless energy−momentum tensor. Such solutions can describe either traversable Lorentzian wormholes, or naked singularities of the Schwarzschild black hole. Wormhole solutions have also been found in the Randall−Sundrum model with a distribution of matter on the brane, giving numerical estimates for their existence and for their traversability in principle, by virtue of the absence of event horizons.

NA12−NA: Proof of the admissibility of exponential potentials for scalar fields as tracker fields in dark−energy models and correct general expression for the related Gamma parameter. Conformal anomalies for massless spinor fields on the Euclidean ball with chiral bag boundary conditions. Evaluation of the vacuum fluctuation force on a rigid Casimir cavity in a weak gravitational field. Feasibility study of an experiment aiming at testing the equivalence principle in the presence of QED effects. Furthermore, a theoretical model has been set up according to which Cosmological Black Holes sit at the centre of voids in the universe (see Stornaiolo 2002 Reference in NA12−NA Rapporto Attivita`).

NA12−PD: Solution of the hydrodynamical equations for star formation with a logatropic equation of state. Construction of an astrometric model to test general relativity against the existence of extra coupling terms between matter and geometry. Derivation of boundary conditions necessary to integrate the set of differential equations describing the light path from the satellite (the observation) to the star (the emission). Existence proof of stable very high energy circular orbits very close to the photon limit in the gravitational field of a static black hole, and in the ergosphere in the field of a rotating black hole.

NA12−SA: Within the framework of the pre−big bang scenario, it has been shown that the axion isocurvature fluctuations can be turned into adiabatic metric perturbations through axion decay. Constraints on parameters of pre−big bang cosmology needed for consistency with current CMB anisotropy data have been therefore obtained. On studying strong gravitational lensing, it has been shown that light rays approaching the event horizon experience large deviations, eventually winding one or more times around the black hole before re−emerging (an observer would therefore see two infinite series of images on both sides of the black hole). The possibility of Lorentz invariance breakdown has been investigated, deriving bounds on the pseudo−vector potential which occurs in the modified dispersion relation. Models of gravity have been developed which rely upon scalar fields (quintessence) or higher−order terms in the curvature and make it possible to obtain a time−dependent "effective cosmological constant".

NA12−TO: An observational technique has been proposed to detect asymmetries in the light propagation resulting from the gravito−magnetic interaction with a massive rotating body. When a source of electromagnetic signals passes behind a rotating mass (e.g. the Sun) a variable and asymmetric frequency shift makes itself manifest. Moreover, a conceptual proof has been obtained of the possibility of pure rotation effects around light rotating bodies. An axially symmetric stationary solution of the Einstein equations has been found, where the dominating effect results from the ratio between angular momentum and mass of the central body.

(4) AREAS WHERE THE MAIN DEVELOPMENTS ARE EXPECTED:

The goals in item (2) will be mainly developed as follows.

(I) The presence of dark energy is required by many cosmological models trying to account for the acceleration of the universe. The focus is on cosmological constant and quintessence on the one hand, and on suitable scalar field models and their interplay also with early universe scenarios on the other hand. In particular, many efforts are devoted to the form of the potential for the scalar field and to some interesting exact solutions which can reasonably agree with observational data. The role of curvature and torsion as sources of quintessence will also be studied, while many efforts will be devoted to studying theories of gravity with non−minimal coupling to a scalar field and of higher order in the curvature invariants, and their effect on formation of large−scale structure in the universe.

(II) The quantization of general relativity via manifestly covariant, space−time methods remains of fundamental importance in understanding the semiclassical limit of quantum gravity and how the early universe could evolve. This will be studied in four dimensions, and with the help of advanced tools in spectral geometry. The Casimir effect provides compelling evidence in favour of variations of zero−point energies of quantum fields being able to produce measurable effects, and its investigation relies on field−theoretical techniques successfully applied also to quantum cosmological boundary conditions. We will therefore continue its analysis in various geometries, by focusing first on the Casimir effect in superconducting cavities, where the transition to superconductivity may lead to a significant change in the value of the Casimir energy. Tests of the equivalence principle through a Casimir apparatus which is affected by a weak gravitational field will be eventually considered. At non−perturbative level, we are aiming to study the Lagrangian and Hamiltonian form of models of gravity with variable Newton parameter and variable cosmological term, and their cosmological implications for early universe and late universe.

(III) Physically realistic magnetic fields in cosmology are associated with compact objects like black holes of stellar and galactic size. Active Galactic Nuclei and Gamma Ray Bursts are the most challenging sources to be modelled. Previous results show that magnetic fields may play a significant role in accounting for their energy output, and now we are investigating what may be responsible of their large variability. Our task is to study the implications of relativistic cosmological equations with a primordial magnetic field. The role of the magnetic field in constraining star formation will be studied with the help of a numerical magnetohydrodynamical code with inclusion of radiation transfer. Further goals will be microarcsecond astrometry from space by astrometric satellites as GAIA; study of the behaviour of proper time running differently for clocks with different spin, orbiting in curved space−time.

(IV) Gravitational lensing has proved to be a powerful tool for the investigation on baryonic dark matter and cosmological parameters; thus, it will be studied extensively from the theoretical point of view, while paying attention to observational constraints. The strong lensing of quasars by galaxies is theoretically studied, jointly with model building of lenses, so as to get independent estimates of the Hubble parameter. In general, strong and weak lensing may be used to probe dark energy models. We will also investigate phenomenological consequences of a possible Lorentz invariance violation within the framework of pulsar kicks and gravitational lensing, this being part of the analysis of quantum field theories with CPT and Lorentz invariance breakdown.

(V) We are aiming to study the relationship between space−time matter and brane theories. These two theories share the same concepts, in particular the unification of matter and geometry, hence they are likely to predict the same physics. To verify this expectation, we are aiming to find and compare solutions obtained by following their different prescriptions. Moreover, the observational and cosmological implications of such solutions will be investigated. On the other hand, in quantum geometry inspired by early work of Caianiello, an invariant line element is considered on the tangent bundle of space−time, out of which an effective four−dimensional metric is eventually obtained. We are aiming to investigate how quantum geometry affects the familar results on black hole entropy and the Kasner and Kahn−Penrose metrics.

(VI) The metric within and outside a rotating body contains corrections proportional to the squared angular momentum per unit mass. Such corrections lead to a dipole−like potential, quite distinct from the gravitomagnetic potential. For rapidly rotating bodies on laboratory scale, these angular momentum corrections lead to anisotropies of flight times for light traveling along non−geodesic curves (as it occurs in optical fibres), and can be detected with the help of interferometric techniques. The Torino unit will devote its efforts to these topics and to a complete classification of defects in space−time viewed as a four−dimensional elastic medium. Furthermore, the influence of gravitomagnetic interactions on accretion disks around black holes will be studied. A collaboration with Valladolid and Valencia universities has been initiated for these purposes. C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenz. inventariabile 1994 1,5 2,0 2,0 5,5 1995 1,5 2,5 3,0 7,0 1996 2,0 3,6 5,1 10,7 1997 2,5 7,2 9,7 1998 2,0 3,0 9,2 14,2 1999 4,6 7,2 12,9 24,7 2000 2,0 4,6 6,7 13,3 2001 4,0 4,5 4,5 13,0 2002 4,0 4,0 5,0 13,0 2003 4,0 4,0 5,0 13,0 2004

TOTALE 28,1 35,4 60,6 124,1

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE NA12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Giampiero Esposito

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

In KEuro Materiale Spese ANNI Missioni Missioni Trasporti e Affitti e Materiale TOTALE Inviti di di interne estere facchinaggi manutenz. inventariabile FINANZIARI consumo calcolo Compet. 2005 18,5 12,5 28,5 1,0 60,5

TOTALI 18,5 12,5 28,5 1,0 0,0 0,0 0,0 0,0 60,5

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo NA12 4 Struttura Resp. loc.: Angelo Tartaglia TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 RIZZI Guido P.A. 4 100 2 RUGGIERO Matteo Luca Dott. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 TARTAGLIA Angelo P.A. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 3 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 3 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: La qualifica di Matteo Luca Ruggiero è ora quella di Denominazione mesi−uomo assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Torino

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE NA12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Giampiero Esposito

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento 2005 Natura dell'energia oscura dell'universo; quantizzazione della gravitazione mediante metodi manifestamente covarianti; forza ed energia Casimir in teoria dei campi; cosmologia con G e Lambda variabili; cosmologia relativistica in presenza di campi magn

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE PI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Wanda Alberico

Rappresentante nazionale: Wanda Alberico Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Studio di sistemi fortemente integrati

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

PI31 (ex Pisa4) Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Studio microscopico della struttura dei nuclei e di reazioni nucleari. Risposte inclusive ed esclusive in sistemi Processo fisico nucleari. Teorie dei sistemi a molti corpi fortemente interagenti. studiato

Apparato strumentale utilizzato

ROMA1 LE, PI, TS, TO, LNF, FE, GE, FI Sezioni partecipanti all'esperimento

Università di Barcellona (Spagna), Università dell'Illinois a Urbana−Champaign (USA), Argonne National Istituzioni esterne Laboratories (Chicago, USA), Los Alamos National Laboratories (Los Alamos, USA), CEBAF Laboratory all'Ente partecipanti (USA), Università di Granada (Spagna), Laboratori di Dubna (Russia), MIT (USA), Univ. di Basilea, Univ. di Siviglia e Barcellona

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo PI31 4 Struttura Resp. loc.: Maria Benedetta BARBARO TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Collaborazione scientifica con le Sezioni di Genova, LNF, Ferrara, Catania 3,0 3,0

Inviti di una settimana ai Proff. J.A.Caballero e J.E.Amaro nell'ambito dell'accordo 3,0 INFN−CICYT 3,0

Collaborazioni scientifiche con MIT (USA), Siviglia e Granada (Spagna), Colima 10,0 (Messico), Heidelberg (Germania) 10,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 16,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo PI31 4 Struttura Resp. loc.: Maria Benedetta BARBARO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo PI31 4 Struttura Resp. loc.: Maria Benedetta BARBARO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE PI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Wanda Alberico

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ FE 1,5 3,0 4,5 0,0 FI 0,5 2,0 2,5 0,0 GE 1,0 6,0 7,0 0,0 LE 2,5 3,0 6,0 11,5 0,0 LNF 0,5 0,5 1,0 0,0 PI 2,5 3,0 6,0 11,5 0,0 RM1 1,0 1,0 1,0 3,0 0,0 TN 1,0 1,5 3,5 6,0 0,0 TO 3,0 3,0 10,0 16,0 0,0 TS 2,0 3,0 2,0 7,0 0,0

TOTALI 15,5 14,5 40,0 70,0

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE PI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Wanda Alberico

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 per l'attività svolta vedi l'attività prevista.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 Title: STRONGLY INTERACTING MANY−BODY SYSTEMS

The present IS was born from the fusion of two previous IISS, PI31 and TO31,both devoted to the study of many−body systems by microscopic approaches. The need of rationalizing the two activities came from the analogies between their subjects and from the existence of collaborations involving researchersof both IISS.

The melting of the two projects has so far stimulated a deeper effort in trying to enlarge the already established collaborations.

The topics the IS will be concerned with are the following:

1) Equation of state of nuclear and neutron matter up to high densities and obtained with realistic two− and three−body forces using different approaches: a)Correlated Basis Function (CBF) and Fermi Hypernetted Chain (FHNC) theories (PI,RM1,TS); b)Quantum Monte Carlo (QMC)(PI,TS,TN); c)Coherent Spin State projection techniques (GE,TS,PI); d)Brueckner theory (PI). The aim is a quantitative determination of the influence of the strong short range correlations in the density region of astrophysical interest (neutron stars, supernovae). The QMC project aims at applying this methodology to heavy nuclei and infinite matter. A comparison between the various techniques is expected to provide a test of their accuracy. As byproducts the IS will study the onset of the transition to a pion condensed phase in nuclear/neutron matter and the importance of pairing in correlated matter (PI,TS,RM1).

Recent results on this subject include: relevance of the tensor and spin−orbit interactions in nucleon matter via QMC, CBF and Brueckner theories; 1S0 pairing in correlated neutron matter; QMC in neutron drops.

(External collaborations with Arizona and Illinois Universities, Argonne and Los Alamos Nat.Labs., University of Barcelona, GSI ).

2) Extension of CBF to medium−heavy nuclei and study of the ground state properties of doubly−closed−shell medium−heavy nuclei with realistic potentials. CBF theory will be extended to the j−j coupling case with spin and isospin dependent correlations (PI,LE).

Recent results on this subject include: description of the ground state properties of 16O and 40Ca with realistic potentials; spectroscopic factors of 16O and 40Ca; study of jj coupled nuclei (up to 208Pb) with central interactions and correlations; structure of quasideuterons in nuclei.

(External collaboration with University of Granada)

3) Electromagnetic (em) and weak responses in nuclear and neutron matter. a) CBF theory, already applied by participants of the IS to evaluate the nuclear matter one− and two−body Green's functions and the em and spin longitudinal and transverse responses, will be used to compute the weak responses in nuclear matter and the neutrino mean free path in neutron matter at zero and finite temperature (PI,TS,RM1). b) Contribution to the 2p−2h excitations from meson exchange currents (MEC) in the Relativistic Fermi Gas (RFG) (including correlations and inteference between MEC and correlations) (GE,TO). Recent results on this subject include: two−body spectral function in correlated nuclear matter; neutrino mean free path in hot neutron matter via Brueckner theory; semi−relativistic meson exchange currents in (e,e') and (e,e'p) reactions; extension of the RFG model for quasi−elastic electron scattering to the inelastic region; role of 2p−2h MEC excitations in scaling and superscaling.

(External collaborations with Universities of Granada and Sevilla, TJLAB and MIT)

4) Neutrino scattering. a) Study of charge−changing neutrino cross sections in nuclei to provide high−quality results for use in on−going experimental studies of neutrino oscillations at GeV energies. The approach is based on the scaling and superscaling analysis of electron scattering in the quasielastic region and on its recent extension to the Delta resonance region (TO). b) Neutrino−nucleus cross sections from the continuum threshold to the quasi−elastic region, for both charge and neutral currents, in the Continuum Random Phase Approximation and including pairing and two−particle two−hole excitations (LE).

Recent results on this subject include: quasi−elastic neutrino−nucleus cross section in the shell model for 16O considering re−scattering of the emitted nucleon.

(External collaborations with MIT, Basel, Sevilla, Granada)

5) Response functions in nuclei in BLE (boson loop expansion) for the em, axial and spin−longitudinal channels, also in the Delta region (GE,TO).

(External collaborations with MIT)

6) Mean field theories. Study of the impact of randomness on the binding energy of atomic nuclei through the random matrices techniques and the Pastur equations (TO).

Recent results on this subject include: study of a non−relativistic system of fermions at finite temperature.

(External collaboration with Heidelberg)

7) Composite fields in nuclei: bosonization and Grassman Variables. Following previous work where the problem of the pairing hamiltonian, viewed as a simple model of superconductivity, was attacked and solved in the framework of the path integral formalism, and where the s−bosons emerging from the formalism were identified as true Goldstone bosons, we intend to pursue the study encompassing other type of forces, beyond the pairing one, and considering several single particle levels where the pairs can live (TO,LNF,GE).

Recent results on this subject include: extension of previous analyses focused on hidden features of the Richardson equations, and helpful in shedding light on how the superconductivity is realized in finite systems (finite nuclei), to a larger (N>2) number of fermionic pairs.

8) Variational methods and functional techniques. The FHNC expansion has been recently derived from a representation of the partition function in terms of path integrals. The method can provide a more tractable approach to spin− (and isospin−) dependent correlations. The activity will proceed along this line. This approach will allow for treating, in a variational frame, mesonic field theories at the same sophistication level as FHNC (GE,PI,RM1,TS).

9) Structure, formation and stability of compact stellar objects. In particular we study the composition of the star (mass and radius), its viscosity (in connection with the possible emission of Gravitational Waves), and various scenarios in which the deconfinement of quarks can affect the formation and time−evolution of a compact star. The relevance of quark deconfinement for Supernova Explosions and the connection of the latter with Gamma Ray Bursts is also explored. (FE,PI,TO)

Recent results on this subject include: transition mechanism from hadronic to quark matter stars, explaining the supernova explosion followed by gammaray burst; a model for the generation of strong Gravitational Waves bursts.

10) Investigation of quark deconfinement in ground Labs. a) We are searching possible signatures of quark deconfinement in high (and intermediate) energy experiments, in particular connected with isospin in neutron−rich nuclei. This offers a new tool for investigating both deconfinement and structure of compact stars. (FE,CT,TO) b) We are investigating a new confinement model based on i) the dynamics of the non−perturbative gluon condensate as described by a dilaton lagrangian, ii) the Schwinger−Dyson equation, dressing quarks using an infrared regulated alpha_s. (FE,TO)

Recent results include a relation between critical density and isospin (Z/A), which can likely be tested in future experiments at GSI.

11) Anomalous physical processes in nuclear and astrophysical systems. a) Study of fusion reactions in stars and astrophysical plasma to understand the measured fluxes of solar neutrinos, the effect of nonextensive statistical mechanics, the effects of quantum uncertainty in momentum distribution functions of reacting particles. Study of nuclear reaction rates in the solar plasma, and in the nuclear CNO reactions chain. b) Developments of new generalized statistical mechanics to describe equilibrium or steady−state or long−term stationary state of non−equilibrium many body systems featured by long−range interactions and/or long−time tail memory functions; generalization to the relativistic cases. (TO, FE)

12) Hypernuclear physics. Two different approaches (the Polarization Propagation and the Wave Function methods) have been employed to study the weak decay of Lambda hypernuclei. Decay rates and single and double−coincidence nucleon distributions have been evaluated and compared with data. Important progress has been made towards a solution of the long standing puzzle on the ratio, Gamma_n/Gamma_p, between the neutron− and the proton−induced Lambda decay widths. We are now studying the asymmetric emission of non−mesonic decay protons from polarized hypernuclei, where strong inconsistencies appear in the comparison between theory and experiment.(TO)

(External collaborations with Barcelona)

13) Related activities.

Study at the one loop in the bosonic expansion of the number of Lambdas in hot nuclear matter (GE, ext.coll. with Calcutta Univ.)

Application of many−body theories (QMC and CBF) to atomic systems, as pure and doped Helium drops (PI,TS,RM1, ext.coll.s with Barcelona, Granada and Arizona Univ.)

Quantum Monte Carlo and density functional for electrons confined in nanostructures: Spin−orbit coupling and spintronics. In particular, we plan to study spin orbit effects on the conductivity of semiconductor wires (TN, ext.coll.s with Barcelona, Palma de Maiorca and Cornell)

Application of few−body techniques to electron systems. Tecniques used to solve stochastic equations in few dimensions are extended to the analysis of eterostructures sylicon based, in order to improve models to intepret the results on the light emission form sylicon structures (Silicon LED) (FI).

Electroweak processes in light nuclei with the complete set of two−body axial exchange currents (MEC), including short range terms due to heavy meson exchange. These MEC are similar but not identical with those from heavy baryon chiral perturbation theory in an effective field theory (EFT). This approach is consistent with realistic NN potentials founded on a mesonic theory of nuclear forces (FI).

Various issues on the foundation and completeness of Quantum Mechanics have been studied. Experimental tests (with and without the use of Bell's inequalities) able to discriminate between Local Hidden Variable Theories and Quantum Mechanics have been proposed. To this purpose, we have employed entangled pairs of neutral kaons. These tests overcome previous difficulties: in particular, clear progress in closing the logical loopholes that affects this kind of tests has been achieved. Test of Bohr's complementarity principle have also been discussed, with "quantum marking" and "quantum erasure" techniques. The so−called "quantitative duality" has been considered for a variety of interferometric devices (TO).

(External collaborations with Barcelona, Oxford)

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 1983 4,6 27,2 67,2 99,0 1991 7,7 11,3 12,9 31,9 1993 5,6 1,5 11,3 1,5 19,9 1995 11,8 5,1 21,1 4,1 42,1 1997 6,1 2,5 5,0 1,0 14,6 1999 13,0 5,8 30,0 48,8 2001 9,5 4,5 30,5 44,5 2004 13,5 9,5 40,0 63,0

TOTALE 71,8 28,9 176,4 86,7 363,8

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE PI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Wanda Alberico

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 15,5 14,5 40,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 70,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo PI31 4 Struttura Resp. loc.: Maria Benedetta BARBARO TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 ALBERICO Wanda P.O. 4 20 2 BARBARO Maria Benedetta R.U. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 BERAUDO Andrea Dott. 4 30 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 DE PACE Arturo I Ric 4 100 Qualifica 5 GARBARINO Gianni AsRic 6 100 TECNICI 6 LAVAGNO Andrea R.U. 4 30 N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 7 MARTINI Marco Dott. 4 100 tecnica tecnica 8 MOLINARI Alfredo P.O. 4 80

Numero totale dei ricercatori 8 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 5.6 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE PI31 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Wanda Alberico

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Ferdinando GLIOZZI

Rappresentante nazionale: Ferdinando GLIOZZI Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Aspetti non perturbativi nelle teorie quantistiche di campo e teorie di stringa

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

TO12 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Connessioni tra teorie di stringa con teorie di supergravità e teorie di Gauge supersimmetriche. Studio di Processo fisico brane frazionarie su spazi con orbifolds. Rinormalizzazione di teorie duali olografiche. studiato

Apparato strumentale utilizzato

Alessandria, Bologna, Cagliari, Cosenza (gurppo collegato), Napoli, Torino. Sezioni partecipanti all'esperimento

NORDITA (Copenaghen), CERN (Ginevra), ENS (Paris) Istituzioni esterne all'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO12 4 Struttura Resp. loc.: M. Caselle TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale missioni 10,0 10,0

inviti a Kawamoto, Dorey, Suzuki 7,0

7,0

missioni 20,0 20,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 37,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO12 4 Struttura Resp. loc.: M. Caselle TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO12 4 Struttura Resp. loc.: M. Caselle TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Ferdinando GLIOZZI

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ AL 6,0 3,0 5,0 14,0 0,0 BO 5,0 6,0 12,0 23,0 0,0 CA 2,0 6,0 8,0 0,0 CS 1,0 0,5 1,5 0,0 NA 6,0 4,0 20,0 30,0 0,0 TO 10,0 7,0 20,0 37,0 0,0

TOTALI 30,0 20,0 63,5 113,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Ferdinando GLIOZZI

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 l progetto di ricerca T12 ha per titolo " Aspetti non perturbativi della teoria quantistica di campo e teorie di stringa" . Vi collaborano le sezioni di Alessandria , Bologna, Cagliari , Cosenza Napoli e Torino. La caratteristica comune delle linee di ricerca di TO12 e' lo studio degli aspetti comuni e delle influenze reciproche tra teoria di stringa e teoria quantisitica di campo. I principali argomenti trattati sono la corrispondenza gauge/gravita' , le teorie di campo quantistiche nelle geometrie non commutative, i modelli matriciali, i sistemi quantistici esattamente integrabili e i problemi legati al confinamento dei quark nelle teorie di gauge. Parole chiave: Strings Conformal field theory non−commutative geometry gauge/gravity correspondence supersymmetry quark confinement

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 Si prevede di continuare le ricerche in corso . I temi principali sono −Dianmica delle D−brane nelle teorie di stringa −Teorie di campo quantistiche e geometrie non commutative −Modelli matriciali −Modelli integrabili e teorie conformi −Teorie di gauge su reticolo e confinamento dei quark

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

TOTALE 47,5 17,0 102,0 166,5

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Ferdinando GLIOZZI

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 60,0 40,0 128,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 228,5

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO12 4 Struttura Resp. loc.: M. Caselle TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 APOLLONI Andrea Dott. 4 100 2 ARIANOS Sergio Dott. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 CASELLE Michele P.A. 4 50 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 CORA' Davide Dott. 4 10 Qualifica 5 D'ADDA Alessandro D.R. 4 100 TECNICI 6 FRAU Maria Luisa R.U. 4 100 N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 7 GLIOZZI Ferdinando P.O. 4 100 tecnica tecnica 8 LONEGRO Fabio Dott. 4 100 9 MARESCOTTI Matteo Dott. 4 100 10 SCIUTO Stefano P.O. 4 100 11 SOMMOVIGO Luca AsRic 4 100 12 TATEO Roberto R.U. 4 100 13 VALLONE Giuseppe Dott. 4 100

Numero totale dei ricercatori 13 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 11.6 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO12 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Ferdinando GLIOZZI

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento giugno 2005 Estensione del legame esistente tra D−brane e istantoni nelle teorie di gauge con supersimetria N=4 al caso di teorie di gauge con un minor numero di cariche di supersimmetria conservate

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO21 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Mauro ANSELMINO

Rappresentante nazionale: Mauro ANSELMINO Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Fisica dello Spin alle Alte Energie

Linea di ricerca

Le ricerche teoriche di TO21 sono di natura fenomenologica e prevedono lo studio, l'analisi e la predizione di dati raccolti in esperimenti in atto o in fase di progetto a HERMES−DESY, COMPASS−CERN, Laboratorio ove STAR+PHENIX−RHIC, JLAB e GSI. si raccolgono i dati

TO21 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

TO − AL − CA − FE Sezioni partecipanti all'esperimento

Imperial College (Londra), Free University (Amsterdam), Orsay Istituzioni esterne all'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO21 4 Struttura Resp. loc.: Mauro ANSELMINO TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Missioni in Italia per collaborazioni scientifiche e/o partecipazioni a conferenze 2,0 2,0

I fondi richiesti sono per brevi inviti (circa 2 settimane a persona) per L. Jenkovszky ed 1,0 E. Martynov, i quali hanno in atto collaborazioni con E. Predazzi. 1,0

Missioni all'estero per collaborazioni scientifiche e/o partecipazioni a conferenze 8,0 8,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 11,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO21 4 Struttura Resp. loc.: Mauro ANSELMINO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO21 4 Struttura Resp. loc.: Mauro ANSELMINO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO21 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Mauro ANSELMINO

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ AL 1,0 2,0 3,0 0,0 CA 2,0 1,0 4,0 7,0 0,0 FE 1,0 2,0 3,0 0,0 TO 2,0 1,0 8,0 11,0 0,0

TOTALI 6,0 2,0 16,0 24,0

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO21 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Mauro ANSELMINO

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004

In 2003−2004 the research activity of the Alessandria group focused on the study of double and single−spin transverse asymmetries in Drell−Yan processes and semi−inclusive reactions, with the aim of identifying phenomenological channels for extracting the transversity distribution of quarks. In particular, the so−called T−odd distributions have been investigated, and the double transverse asymmetry in ppbar initiated J/psi production has been calculated. Another research subject of the Alessandria group is the phenomenology of deep inelastic scattering (DIS). A new global analysis of neutrino DIS, in collaboration with C. Pascaud, B. Portheault and F. Zomer (Orsay), is presently in progress. The goal is to test a possible charge asymmetry of the strange sea, suggested by an early work (V.Barone, C.Pascaud, F.Zomer, Eur.Phys.J.C12 (2000) 243). The result would be of great relevance for the Weinberg angle extraction from DIS data. The Alessandria group has also participated to the organization of the Italo−Hellenic School of Physics 2004 devoted to "The Physics of LHC" (Martignano, Lecce, May 20−25, 2004), www.le.infn.it/lhcschool

In the last years the research activity of the Cagliari group has been devoted to the phenomenological analysis of several interesting topics regarding spin physics in high energy hadronic reactions, with particular emphasys on processes which could give significant information on the role of a new class of spin and k_T dependent partonic distribution and fragmentation functions and on single spin asymmetries. Some specific topics are: − Lambda polarization in semi−inclusive DIS including weak interactions and possibile measurements giving information on polarized PDF's and FF's; − Transverse single spin asymmetries in Drell−Yan processes and the role of the so−called Sivers effect; − An extensive study of the role of intrinsic (or primordial) transverse momentum of partons in polarized and unpolarized cross−sections for semi−inclusive particle production in several processes and different kinematical situations. Another research subject regards glueball production in radiative quarkonium decays and its phenomenological implications for the most accredited glueball candidates.

During the last years, the main activity of the Ferrara group has been directed towards the numerical evaluation of quark distribution functions, in particular in the case of polarized scattering processes. The main results of this activity concern: 1) a rather extensive review paper on transversity, discussing both the theoretical aspects and the phenomonology of this distribution; 2) the analysis of the polarized light sea, showing that in forthcoming experiments it will be possible to discriminate between various models predicting a non−vanishing distribution; 3) the proposal of using J/PSI resonance production as a tool to investigate transversity in experiments as the one proposed by the PAX collaboration at GSI.

In the last years the research activity of the Torino group has been devoted to several aspects of high energy spin physics. In particular a phenomenological approach towards the understanding of many observed spin effects, based on the generalization of the QCD factorization theorem and the hard scattering formalism, has been developed; such a generalization includes not only spin degrees of freedom, but also intrinsic motions of partons. This brings to the introduction of a new class of spin and k_T dependent partonic distribution and fragmentation functions; these can be extracted from polarized experimental data, while their QCD evolution can be studied and predictions for other processes become possible. The group works in close collaboration with experimentalists, either regarding ongoing experiments (HERMES at DESY, COMPASS at CERN, STAR and PHENIX at RHICH, JLAB) or planned ones (PAX at GSI, EIC in the USA). The most open and interesting topics concern:

− The spin structure of the nucleon; − Transverse single spin asymmetries in Drell−Yan processes and the role of the so−called Sivers effect; − Transverse single spin asymmetries in inclusive pp and in semi−inclusive DIS processes, and the role of Sivers and Collins effects; − Strategies towards the first ever measurement of transversity; − Proposals for future physics with polarized anti−protons.

In total, the researchers participating in TO21 have published (10 people), in the last year alone, about 10 papers in international journals with referee and 5 invited contributions to international conferences.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 HIGH ENERGY SPIN PHYSICS

Spin is a natural and fundamental degree of freedom of any quantum field theory and a complete understanding of QCD and the Standard Model must include the spin sector. The interest in high energy spin physics has enormously grown in the last years; new data, ideas and phenomenological models are now contributing to the understanding of the spin structure of the nucleon and to the description of several intriguing spin effects observed in hadronic inclusive and elastic interactions.

The main issues which will be studied by our group are:

− Quark transversity distribution h_1(x,Q^2) − Phenomenology of Single (transverse) Spin Asymmetries (SSA) − Hard scattering processes with unintegrated parton distributions − Spin in diffractive physics

The transversity distribution h_1 describes the transverse polarization of quarks inside a transversely polarized proton and it is a fundamental quantity as important as the unpolarized and helicity distributions. Although several dedicated experiments are gathering relevant data, it is so far totally unknown. The first measurement of h_1 can be achieved by HERMES and COMPASS collaborations in polarized semi−inclusive Deep Inelastic Scattering, by coupling the chiral−odd h_1 function to a new chiral−odd fragmentation function, the so−called Collins function, or at RHIC by measuring spin asymmetries in polarized Drell−Yan processes, which depend on the product of two h_1 functions. Another possible access to h_1 requires the measurement of the transverse polarization of Lambda hyperons inclusively produced in processes involving transversely polarized protons; in this case the chiral−odd partner of h_1 is supplied by a transversity fragmentation function. Analysis of the data, modeling of h_1 and of the Collins function, estimates of lower bounds, strategies for measuring h_1, are all necessary and in progress. The QCD evolution of h_1 is theoretically known and also the tensor charge, related to the first moment of h_1, is a significant non perturbative quantity which can be computed and compared with experiments.

Several single spin asymmetries have been observed: at Fermilab in the process p p −−> pi X, with one of the initial protons transversely polarized; in semi−inclusive lp −−> l pi X processes; in Drell−Yan processes; in the polarization of Lambda hyperons inclusively produced in the scattering of unpolarized nucleons, or in DIS processes. A consistent phenomenological description of these asymmetries has been developed by our group and predictions for RHIC, HERMES and COMPASS experiments can be made and compared with forthcoming data.

The phenomenology of SSA requires the introduction of new functions, related to spin and intrinsic k_perp dependences of the quark distribution and fragmentation functions. The parton spin and k_perp degrees of freedom can couple and give origin to many subtle spin effects; the Collins function, which couples to transversity, is just one example of such an effect. The introduction of parton intrinsic motion implies, in QCD factorization theorem, the use of unintegrated distribution and fragmentation functions; this is crucial also to obtain agreement with unpolarized cross−sections data. The QCD properties of these new functions, their evolution, factorizability, partonic interpretation and universality deserve and are receiving a lot of theoretical attention and work.

A related line of research concerns diffractive physics and spin effects in diffractive physics. The coming in operation of RHIC first and LHC in the future, opens up entirely new perpectives to high energy hadronic physics. Not only pp data are and will become available at unprecedented high energies but, at least as far as RHIC is concerned, also high energy hadronic spin physics becomes accessible to direct experimentation. Questions such as: is diffraction present in spin amplitudes? do single spin asymmetries survive at high energies? do pp elastic processes still show large double spin asymmetries?, will all be investigated.

The Alessandria, Cagliari, Ferrara and Torino groups have a well known traditional activity in all of the above fields, documented in the list of publications, and a long experience of common works. They have also a hystory of active collaboration with experimental collaborations, both in the study and interpretation of data and in the proposals of new experiments.

C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

TOTALE 12,0 7,0 28,0 47,0

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO21 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Mauro ANSELMINO

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 20,0 8,0 46,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 74,0

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO21 4 Struttura Resp. loc.: Mauro ANSELMINO TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 ANSELMINO Mauro P.O. 4 100 2 BOGLIONE Maria Elena AsRic 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 PREDAZZI Enrico P.O. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 PROKUDIN Alexei AsRic 4 100 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 4 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 4 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO21 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Mauro ANSELMINO

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento 31/12/2005 Pubblicazione di lavori di ricerca su riviste internazionali con Referee sugli argomenti relativi al programma scientifico; partecipazione e presentazione dei risultati ottenuti a Congressi Internazionali; relazioni su invito a Workshops tematici.

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO22 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alberto GIOVANNINI

Rappresentante nazionale: Alberto GIOVANNINI Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Dinamica della produzione multipla in urti di alta energia nelle interazioni forti

Linea di ricerca

Laboratorio ove si raccolgono i dati

TO22 Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Collisione inelastica di adroni di alta energia Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

TO, TS Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterne all'Ente partecipanti

4 anni Durata esperimento

Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO22 4 Struttura Resp. loc.: Alberto GIOVANNINI TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Missioni in Italia per collaborazioni tra fisici teorici e sperimentali delle sedi di 3,0 Trieste,Bologna,Firenze,operanti nel settore degli ioni pesanti e delle collisioni pp nella regione del TeV 3,0

Inviti di ricercatori stranieri operanti nel settore degli ioni pesanti afferenti al progetto 2,0 Alice 2,0

Missioni all'estero per partcipare ai meeting della collaborazione Alice 3,0 3,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 8,0 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO22 4 Struttura Resp. loc.: Alberto GIOVANNINI TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Le collisioni pp sono studiate per dare un quadro di riferimento allo studio delle collisioni tra ioni pesanti.In questa prospettiva va intesa la collaborazione al PPR di Alice e la ricerca delle proprieta' di eventuali nuove classi di eventi in urti pp nella regione del TeV.

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO22 4 Struttura Resp. loc.: Alberto GIOVANNINI TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO22 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alberto GIOVANNINI

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ TO 3,0 2,0 3,0 8,0 0,0 TS 1,5 0,5 1,5 3,5 0,0

TOTALI 4,5 2,5 4,5 11,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO22 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alberto GIOVANNINI

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 per l'attività svolta vedi l'attività prevista.

B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 MULTIPARTICLE DYNAMICS,SOFT PHYSICS AND QUARK GLUON PLASMA IN STRONG INTERACTIONS

Our goal is to study multiparticle dynamics,soft physics (minimum bias) and quark gluon plasma formation in strong interactions with the existing apparatus in terms of final observables and theoretical models.On this basis we want to explore perspectives of this physics in the new energy domain (TeV region) opened by the next generation machines ,its links with cosmic ray results in the same energy range and interpret available data at CERN,FERMILAB and RHIC. Results along this line of search for 2002/2003are documented in the publication list of the I.S. for the year 2004.

The proposal is intended to be the meeting ground between experimental and advanced statistical and theoretical strong interaction physics.Theoreticians and experimentalists belonging to different INFN groups (I,II,III and IV) and research units (Torino,Piemonte Orientale, Bologna, Udine and Trieste) are interested in this programme either as active participants or external consultants.Strong collaboration between experiment and theory is indeed its main tool. It comes from our experience.Since 1996 workshops on the subject has been organized (two in a year on the average) and their main characteristic has always been a fruitful dialog between experimentalists and theoreticians. This collaboration has been very successful and although not much advertised led to the joint organization of the International Conference on "NEW FRONTIERS IN SOFT PHYSICS AND CORRELATIONS ON THE THRESHOLD OF THE THIRD MILLENNIUM" in Torino on June 2000 [see NUCLEAR PHYSICS B (Proc.Suppl.) 92 (2001) February issue and www.bo.infn.it/workshop_torino2000]. In addition in 1999 and 2001 two successful interuniversity Schools on "MULTIPARTICLE DYNAMICS IN STRONG INTERACTIONS" have been organized in BOLOGNA and TRIESTE for young researchers and PhD students willing to work in the field. [see www.bo.infn.it/scuola_multiparticle and www.bo.infn.it/ scuola_muliparticle/scuola_trieste respectively]. We want to continue along this line and to strenghten our effort by improving active research ,national and international exchanges,seminars,workshops,international and national schools in the field in the spirit we mentioned paying great attention to the INFN programme at CERN (LHC, ALICE ,heavy ion collisions...).Some members of our group are already involved in these programmes.We want now to make visible our commitment,to become a meeting point for experimentalists and theorists actively working in the field and to promote high standard training for young researchers willing to join the field. In this framework an International School on STRONG INTERACTIONS and MULTIPARTICLE DYNAMICS has been organized in June 2003 in Bologna with a large participation of Italian and foreign Ph.D. students and researchears..

(http://www.bo.infn.it/scuola_multiparticle/school2003)

The group is composed by the following members:

−A.Giovannini Full Professor Th.Physics Torino Univ., Inc.di Ricerca Gruppo IV Torino Tempo 100% −R.Ugoccioni Assegno di ricerca Univ.Torino−INFN Associato Gruppo IV Torino Tempo 100% −G.Calucci Full Professor Th.Physics Trieste Univ, Inc.di Ricerca Gruppo IV Trieste Tempo 80% −A. Di Piazza dottorando Fac.Scienze Trieste Associato gruppo IV Tieste Tempo 100%

The following researchears are acting as external consultants of the present IISS and will be not directly supported by this IISS;they foresee to use the indicated part of their time for our IISS within the total time dedicated to their specified INFN group (or INFN groups).

−M.Monteno Ric.Univ. Univ.Torino Gruppo III INFN Torino −L.Ramello Assoc.Prof. Piemonte Orientale Inc. RIc. Gruppo III INFN Torino −O.Saavedra Assoc.Prof. Univ.Torino Inc.Ric. Gruppo II INFN Torino −G.Navarra Prof.Straord. Univ. di Torino Inc. Ric. Gruppo II INFN Torino −Alessandro Bruno Ric.INFN Torino Gruppo II INFN Torino −G.Abbiendi Ric.INFN Bologna GruppoII INFN Bologna −F.Rimondi Prof. Ass. Univ. Bologna Inc. Ric .Gruppo I INFN Bologna −F.Fabrizio I Ric. INFN Bologna Gruppo I INFN Bologna −A.De Angelis Prof. Ass. Univ. Udine Inc. Ric. Gruppo I e II Research Unit INFN Udine C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 2003 6,0 8,0 14,0 2004

TOTALE 6,0 8,0 14,0

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO22 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alberto GIOVANNINI

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 4,5 2,5 4,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 11,5

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO22 4 Struttura Resp. loc.: Alberto GIOVANNINI TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 GIOVANNINI Alberto P.O. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 Tecnologi Full Time Equivalent 0 Qualifica TECNICI N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 tecnica tecnica Numero totale dei ricercatori 1 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 1 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA Codice Esperimento Gruppo NUCLEARE TO22 4 Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alberto GIOVANNINI

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) Codice Esperimento Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA TO23 4 NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alessandro BALLESTRERO

Rappresentante nazionale:Alessandro BALLESTRERO Struttura di appartenenza: TO Posizione nell'I.N.F.N.:

INFORMAZIONI GENERALI Fenomenologia elettrodebole e forte ai colliders

Linea di ricerca

Torino e grandi acceleratori

Laboratorio ove si raccolgono i dati

Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio

Acceleratore usato

Fascio (sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

TO Sezioni partecipanti all'esperimento

CERN Istituzioni esterne all'Ente partecipanti

Durata esperimento Mod EC. 1 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO23 4 Struttura Resp. loc.: Alessandro BALLESTRERO TO

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro VOCI IMPORTI A cura della Comm.ne Totale Compet. DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Scientifica SPESA SJ di cui SJ Nazionale Viaggi e missioni in Italia 5,0 5,0

Invito a Lance Dixon (Professor, SLAC) per un mese. 2,5

2,5

Viaggi e missioni all'estero 20,0 20,0

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

di cui SJ Totale 27,5 0,0 Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento: Mod EC./EN. 2 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO23 4 Struttura Resp. loc.: Alessandro BALLESTRERO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 1 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO23 4 Struttura Resp. loc.: Alessandro BALLESTRERO TO

ALLEGATO MODELLO EC2

Mod EC./EN. 2a Pagina 2 (a cura del responsabile locale) Codice Esperimento Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA TO23 4 NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alessandro BALLESTRERO

PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005

SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ SJ TO 5,0 2,5 20,0 27,5 0,0

TOTALI 5,0 2,5 20,0 27,5

NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente

Mod EC./EN. 4 (a cura del responsabile nazionale) Codice Esperimento Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA TO23 4 NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alessandro BALLESTRERO

A) ATTIVITA' SVOLTA FINO A GIUGNO 2004 * E' stato sviluppato in TOPSIDE (TOrino Project Supporting Intensive Diagram Evaluation). un metodo di calcolo numerico veloce ed accurato dei diagrammi di Feynman ad un loop e molte linee esterne (fino a 6) e due loop (fino a 3 linee esterne). Sono stati calcolati diagrammi a due loop con divergenze infrarosse ed e' stata effettuata la riduzione dei diagrammi tensoriali a due loop.

* E' stato completato il primo calcolo di produzione di Higgs + 3 jet attraverso la fusione di gluoni. Confrontandolo con lo stesso processo via fusione di bosoni vettori si e' analizzata l'efficacia del veto del jet centrale come mezzo per distinguere tra i due meccanismi.

* Le tecniche di risommazione di Sudakov sono state estese per includere una nuova classe di termini non logaritmici. e sono state usate per studiare le correzioni di potenza agli "event shapes" in annichilazione e+ e−.

* Si e' studiata l'applicazione alla QCD perturbativa delle tecniche derivate dalle teorie di stringa. Si e' raggiunta una comprensione completa delle regole per calcolare ad un loop le funzioni di correlazione di gluone offshell e di quelle a due loop per correlazioni scalari off shell.

* E' stato completato il MonteCarlo ALPGEN. E' dedicato allo studio dei processi hard a molti partoni nelle collisioni adroniche (TEVATRON e LHC), ed in particolare alla produzione dei bosoni vettori in associazione con jets.

* E' stata fatta la prima versione del MonteCarlo e generatore di eventi PHASE. E' dedicato alla fisica dei sei fermioni a LHC ed in particolare a studi realistici dello scattering di bosoni vettori e delle ricerche di Higgs nel canale di fusione WW.

* Le correzioni elettrodeboli NLO ad altissime energie contengono grandi logaritmi di Sudakov e sono pertanto importanti da un punto di vista fenomenolgico. E' stato analizzato l'effetto di queste correzioni in processi di scattering WW a LHC e nella produzione di due bosoni a LHC.

* Sono state calcolate le correzioni deboli a processi tipici di QCD per la produzione di tre jet al polo della Z, di b b_bar ai collider adronici e di un fotone o una Z in associazione con un jet ai collider adronici,

* Si e' ottenuta una dettagliata descrizione teorica di tutti i momenti spettrali piu' importanti nei decadimenti semileptonici del B.Questa e' attualmente usata dagli esperimenti ed ha permesso per la prima volta una determinazione al 2% di Vc. B) ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO 2005 L'attivita' di TO23 nel 2005 sara' in particolare dedicata a:

− Valutazione dei diagrammi massivi a multiloop nell'ambito del progetto TOPSIDE. − Rinormalizzazione del Modello Standard a due loop − Un metodo sviluppato recentemente per calcolare correzioni a multiloop per molte particelle nello stato finale sara' applicato al calcolo di importanti processi ai collider e+e− ed adronici. − Producione a un loop di molte particelle nel settore N=4 SUSY di QCD. − Studio di un algoritmo generale per calcolare sezioni d'urto a NNLO in QCD. − Studio delle risommazioni e dei modelli di correzioni "power suppressed" alle sezioni d'urto di QCD. − Si continuera' lo studio della possibilita' di applicare tecniche derivate dalle teorie di stringa al calcolo di ampiezze gluoniche a due loop. − Calcolo degli effetti "higher order" e continuazione della ricerca sul decadimento semileptonico inclusivo del B, al fine di ridurre l'errore teorico nella determinazione di Vcb e Vub. − Decadimenti rari del B: studio degli effetti "higher order" nel Modello Standard ed Oltre. Analisi comparata dei modelli di Nuova Fisica e lodo confronto con i dati sperimentali. − Produzione di Higgs + 3 jet, via fusione gluonica e di bosoni vettori deboli (WBF) per testare l'efficacia del jet veto in WBF. − Higgsstrahlung nella produzione Drell−Yan a LHC con MC@NLO, un generatore MonteCarlo interfacciato con i calcoli completi ad un loop. − Processi "hard" nelle collisione adroniche. Sara' ulteriormente sviluppato il MonteCarlo ALPGEN per studi realistici a Tevatron e a LHC. − Scattering di bosoni a LHC: possibilita' di valutare gli effetti della rottura spontanea della simmetria e possibili segnali di nuova fisica nei processi di fusione WW. − Studi dettagliati della "Equivalent Vector Boson Approximation" per bosoni massivi ed effetti di cancellazioni di gauge. − Il MoneCarlo PHASE sara' esteso a tutti i processi di sei fermioni a LHC. Sara' usata per studi completi di fenomenologia che includeranno anche la simulazione degli effetti dei rivelatori. C) FINANZIAMENTI GLOBALI AVUTI NEGLI ANNI PRECEDENTI In kEuro

Anno Missioni Missioni Materiale di Trasporti e Spese di Affitti e Materiale Inviti TOTALE finanziario interne estere consumo facchinaggi calcolo manutenzione inventariabile 2000 3,0 1,5 18,0 22,5 2001 2,5 3,0 18,0 23,5 2002 2,0 5,0 13,5 20,5 2004 4,5 5,5 19,5 29,5 12,0 15,0 69,0 96,0 TOTALE

Mod EC. 5 (a cura del rappresentante nazionale) Codice Esperimento Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA TO23 4 NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alessandro BALLESTRERO

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

TOTALI 5,0 2,5 20,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 27,5

Mod EC./EN. 6 (a cura del responsabile nazionale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Codice Esperimento Gruppo TO23 4 Struttura Resp. loc.: Alessandro BALLESTRERO TO

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

Qualifica Qualifica RICERCATORE Affer. TECNOLOGI N Dipendenti Incarichi al % N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome gruppo Cognome e Nome Ass. Ruolo Art. 23 RicercaAssoc. Ruolo Art. 23 Tecnol. 1 ACCOMANDO Elena P.C. 4 100 2 ACTIS Stefano Dott. 4 100 Numero totale dei Tecnologi 0 3 ARINA Chiara Dott. 4 100 Tecnologi Full Time Equivalent 0 4 Ballestrero Alessandro D.R. 4 100 Qualifica 5 BELHOUARI Aissa Dott. 4 100 TECNICI 6 BERGER Carola Dott. 4 100 N Dipendenti Incarichi % Cognome e Nome Collab. Assoc. Ruolo Art. 15 7 DEL DUCA Vittorio Ric. 4 100 tecnica tecnica 8 GAMBINO Paolo Ric. 4 100 9 KASHKAN Vladimir Dott. 4 100 10 MAGNEA Lorenzo R.U. 4 100 11 MAINA Ezio R.U. 4 100 12 PASSARINO Gianpiero P.O. 4 100 13 PITTAU Roberto R.U. 4 100 14 WEBER Marcus B.P.D. 4 100

Numero totale dei ricercatori 14 Numero totale dei Tecnici 0 Ricercatori Full Time Equivalent 14 Tecnici Full Time Equivalent 0 SERVIZI TECNICI Annotazioni: Denominazione mesi−uomo

Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature

Mod EC./EN. 7 (a cura del responsabile locale) Codice Esperimento Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA TO23 4 NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Rapp. Naz.: Alessandro BALLESTRERO

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005

Data Descrizione completamento 31/12/2005 Pubblicazioni su riviste internazionali con referee

31/12/2005 Relazioni a Congressi su invito

31/12/2005 Partecipazioni a Workshop e gruppi di studio

Mod EC./EN. 8 (a cura del responsabile nazionale) Struttura Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE TO 4 Preventivo per l'anno 2005 Coordinatore: D'ADDA Alessandro

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

1 ACCOMANDO Elena P.C. 4 100 2 ACTIS Stefano Dott. 4 100 3 ALBERICO Wanda P.O. 4 20 30 50 4 ANSELMINO Mauro P.O. 4 100 5 APOLLONI Andrea Dott. 4 100 6 ARIANOS Sergio Dott. 4 100 7 ARINA Chiara Dott. 4 100 8 Ballestrero Alessandro D.R. 4 100 9 BARBARO Maria Benedetta R.U. 4 100 10 BELHOUARI Aissa Dott. 4 100 11 BERAUDO Andrea Dott. 4 30 70 12 BERGER Carola Dott. 4 100 13 BILLO' Marco R.U. 4 100 14 BOFFETTA Guido P.A. 4 100 15 BOGLIONE Maria Elena AsRic 4 100 16 BOTTINO Alessandro P.O. 4 100 17 CASELLE Michele P.A. 4 50 50 18 CERESOLE Anna I Ric 4 100 19 CORA' Davide Dott. 4 10 90 20 CURIOTTO Enrico Dott. 4 100 21 D'ADDA Alessandro D.R. 4 100 22 D'AURIA Riccardo P.O. 4 100 23 de ALFARO Vittorio P.O. 4 100 24 DE PACE Arturo I Ric 4 100 25 DEL DUCA Vittorio Ric. 4 100 26 DONATO Fiorenza AsRic 4 100 27 FORNENGO Nicolao R.U. 4 100 28 FRAU Maria Luisa R.U. 4 100 29 FRE' Pietro P.O. 4 100 30 GALLINO Roberto P.O. 4

Ricercatori 14 5.6 5.3 1.8 4 11.6 6.8 1 3.6 1

Note:

INSERIRE I NOMINATIVI IN ORDINE ALFABETICO (N.B.NON VANNO INSERITI I LAUREANDI) 1) PER I DIPENDENTI Indicare il profilo INFN 2) PER GLI INCARICHI DI RICERCA Indicare la Qualifica Universitaria (P.O. P.A. R.U.) o Ente di rappresentanza 3) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE Indicare la Qualifica Universitaria o Ente di appartenenza per Dipendenti altri Enti: Bors.) Borsista; B−P−D) Post−Doc; B.Str.) Borsista straniero; Perf.) Perfezionando; Dott.) Dottorando; AsRic) Assegno di ricerca; S.Str) Studioso straniero; DIS) Docente Istituto Superiore 4) INDICARE IL GRUPPO DI AFFERENZA (N.B.NON VANNO INSERITI I LAUREANDI) Mod G1 Struttura Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE TO 4 Preventivo per l'anno 2005 Coordinatore: D'ADDA Alessandro

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

31 GAMBINO Paolo Ric. 4 100 32 GARBARINO Gianni AsRic 6 100 33 GARGIULO Floriana Dott. 4 100 34 GIOVANNINI Alberto P.O. 4 100 35 GIUNTI Carlo Ric. 4 100 36 GLIOZZI Ferdinando P.O. 4 100 37 KASHKAN Vladimir Dott. 4 100 38 LAVAGNO Andrea R.U. 4 30 40 30 39 LONEGRO Fabio Dott. 4 100 40 MAGNEA Lorenzo R.U. 4 100 41 MAINA Ezio R.U. 4 100 42 MARESCOTTI Matteo Dott. 4 100 43 MARTIGNETTI Loredana Dott. 4 100 44 MARTINI Marco Dott. 4 100 45 MOLINARI Alfredo P.O. 4 80 20 46 NELSON Jeanette R.U. 4 47 PASSARINO Gianpiero P.O. 4 100 48 PESANDO Igor R.U. 4 80 20 49 PITTAU Roberto R.U. 4 100 50 POLLAROLO Giovanni P.A. 3 60 51 PREDAZZI Enrico P.O. 4 100 52 PROKUDIN Alexei AsRic 4 100 53 RIZZI Guido P.A. 4 54 ROSSETTI Cesare P.O. 4 55 RUGGIERO Matteo Luca Dott. 4 56 RULIK Ksenja AsRic 4 100 57 SCIUTO Stefano P.O. 4 100 58 SERTORIO Luigi P.A. 4 59 SOMMOVIGO Luca AsRic 4 100 60 TARTAGLIA Angelo P.A. 4

Ricercatori 14 5.6 5.3 1.8 4 11.6 6.8 1 3.6 1

Note:

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

61 TATEO Roberto R.U. 4 100 62 VALLONE Giuseppe Dott. 4 100 63 WEBER Marcus B.P.D. 4 100

Ricercatori 14 5.6 5.3 1.8 4 11.6 6.8 1 3.6 1

Note:

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

1 ACCOMANDO Elena P.C. 4 2 ACTIS Stefano Dott. 4 3 ALBERICO Wanda P.O. 4 4 ANSELMINO Mauro P.O. 4 5 APOLLONI Andrea Dott. 4 6 ARIANOS Sergio Dott. 4 7 ARINA Chiara Dott. 4 8 Ballestrero Alessandro D.R. 4 9 BARBARO Maria Benedetta R.U. 4 10 BELHOUARI Aissa Dott. 4 11 BERAUDO Andrea Dott. 4 12 BERGER Carola Dott. 4 13 BILLO' Marco R.U. 4 14 BOFFETTA Guido P.A. 4 15 BOGLIONE Maria Elena AsRic 4 16 BOTTINO Alessandro P.O. 4 17 CASELLE Michele P.A. 4 18 CERESOLE Anna I Ric 4 19 CORA' Davide Dott. 4 20 CURIOTTO Enrico Dott. 4 21 D'ADDA Alessandro D.R. 4 22 D'AURIA Riccardo P.O. 4 23 de ALFARO Vittorio P.O. 4 24 DE PACE Arturo I Ric 4 25 DEL DUCA Vittorio Ric. 4 26 DONATO Fiorenza AsRic 4 27 FORNENGO Nicolao R.U. 4 28 FRAU Maria Luisa R.U. 4 29 FRE' Pietro P.O. 4 30 GALLINO Roberto P.O. 4

Ricercatori 1 3

Note:

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

31 GAMBINO Paolo Ric. 4 32 GARBARINO Gianni AsRic 6 33 GARGIULO Floriana Dott. 4 34 GIOVANNINI Alberto P.O. 4 35 GIUNTI Carlo Ric. 4 36 GLIOZZI Ferdinando P.O. 4 37 KASHKAN Vladimir Dott. 4 38 LAVAGNO Andrea R.U. 4 30 39 LONEGRO Fabio Dott. 4 40 MAGNEA Lorenzo R.U. 4 41 MAINA Ezio R.U. 4 42 MARESCOTTI Matteo Dott. 4 43 MARTIGNETTI Loredana Dott. 4 44 MARTINI Marco Dott. 4 45 MOLINARI Alfredo P.O. 4 46 NELSON Jeanette R.U. 4 100 47 PASSARINO Gianpiero P.O. 4 48 PESANDO Igor R.U. 4 49 PITTAU Roberto R.U. 4 50 POLLAROLO Giovanni P.A. 3 60 51 PREDAZZI Enrico P.O. 4 52 PROKUDIN Alexei AsRic 4 53 RIZZI Guido P.A. 4 100 54 ROSSETTI Cesare P.O. 4 55 RUGGIERO Matteo Luca Dott. 4 100 56 RULIK Ksenja AsRic 4 57 SCIUTO Stefano P.O. 4 58 SERTORIO Luigi P.A. 4 59 SOMMOVIGO Luca AsRic 4 60 TARTAGLIA Angelo P.A. 4 100

Ricercatori 1 3

Note:

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: A) − RICERCATORI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Affer. N. Cognome e Nome Dipendenti Incarichi al gruppo

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc. I II III V

61 TATEO Roberto R.U. 4 62 VALLONE Giuseppe Dott. 4 63 WEBER Marcus B.P.D. 4

Ricercatori 1 3

Note:

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: B) − TECNOLOGI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale Qualifica Ricerche del gruppo in % impegno in altri gruppi Cognome e N. Dipendenti Incarichi Nome

Assoc. Ruolo Art. 23 I II III V Tecnologica

Note:

1) PER I DIPENDENTI Indicare il profilo INFN 2) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE Indicare Ente da cui dipendono, Bors. T.) Borsista Tecnologo Mod G2 Struttura Gruppo ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE TO 4 Preventivo per l'anno 2005 Coordinatore: D'ADDA Alessandro

COMPOSIZIONE DEI GRUPPI DI RICERCA: C) − TECNICI Componenti del Gruppo e ricerche alle quali partecipano:

Percentuale impegno Qualifica Ricerche del gruppo in % in altri gruppi

Cognome e Dipendenti Incarichi N. Nome

Collab. Assoc. Ruolo Art. 23 I II III V tecnica Tecnica

Servizi (mesi−uomo)

−− Vuoto −−

Note:

1) PER I DIPENDENTI Indicare il profilo INFN 2) PER GLI INCARICHI DI COLLABORAZIONE TECNICA Indicare Ente da cui dipendono 3) PER GLI INCARICHI DI ASSOCIAZIONE TECNICA Indicare Ente da cui dipendono

Mod G3 ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Struttura Gruppo Preventivo per l'anno 2005 TO 4

PREVISIONE DELLE SPESE DI DOTAZIONE E GENERALI DI GRUPPO

Dettaglio della previsione delle spese del Gruppo che non afferiscono ai singoli esperimenti e per l'ampliamento della Dotazione di base del Gruppo In KEuro VOCI IMPORTI DI DESCRIZIONE DELLA SPESA Parziali Totale SPESA Compet. Missioni per collaborazioni e congressi. Viaggi del coordinatore. 17,0 17,0

Inviti a stranieri per collaborazioni scientifiche 10,0

10,0

Missioni all'estero per collaborazioni scientifiche e congressi 20,0 20,0

Software, ricambi per stampanti, cancelleria e varie. 11,0

Materiale Consumo 11,0

Seminari Inviti per seminari 10,0 10,0

Spese trasporto

Pubblicazioni Scientifiche Spese Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro calcolo

Manutenzione del server del gruppo Iv DS20 5,5 Affitti e manutenz. 5,5 apparecchiat.

Acquisto PC, portatili, server, stampanti e materiale di rete 25,0 Materiale Inventariabile 25,0

Totale 98,5 (1) Indicare tutte le macchine in manutenzione Mod G4 (a cura del responsabile locale) ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Struttura Gruppo Preventivo per l'anno 2005 TO 4

PREVISIONE DELLE SPESE PER LE RICERCHE

RIEPILOGO DELLE SPESE PREVISTE PER LE RICERCHE DEL GRUPPO In KEuro SPESA PROPOSTA SIGLA Affitti ESPERIMENTO Miss. Miss. Materiale di Trasp. Spese di Mater. TOT Inviti Seminari Pubblicazioni e Manut. interno estero cons. e Facch. calcolo inventar. Compet. Appar. FA51 6,0 5,5 12,0 23,5 FI31 1,5 0,5 3,0 5,0 FI41 1,0 4,0 5,0 MI12 4,5 1,5 19,0 25,0 NA12 3,0 1,5 4,5 1,0 10,0 PI31 3,0 3,0 10,0 16,0 TO12 10,0 7,0 20,0 37,0 TO21 2,0 1,0 8,0 11,0 TO22 3,0 2,0 3,0 8,0 TO23 5,0 2,5 20,0 27,5

Totali A) 39,0 24,5 103,5 1,0 168,0 FB11 2,0 5,0 7,0 FT61 1,0 1,0 1,0 3,0

Totali B) 3,0 1,0 6,0 10,0 C) Dotazioni 17,0 10,0 20,0 11,0 10,0 5,5 25,0 98,5 di Gruppo Totali (A+B+C) 59,0 35,5 129,5 12,0 10,0 5,5 25,0 276,5 Mod G5