I Fisici E Il Risorgimento A

Hanno collaborato a questo numero: IL NUOVO SAGGIATORE L. C. Andreani, E. Bava, BOLLETTINO DELLA SOCIETÀ ITALIANA DI FISICA L. Belloni, G. Benedek, A. Bettini, Nuova Serie Anno 27 • N. 3 maggio-giugno 2011 • N. 4 luglio-agosto 2011 H. Bruhns, L. Cifarelli, S. Croci, P. L. Ghia, M. Huber, K. Hübner, Direttore Responsabile Vicedirettore Comitato scientifico M. Leone, P. Nicolosi, M. Nisoli, Luisa Cifarelli Giuseppe Grosso G. Benedek, A. Bettini, G. G. C. Palumbo, A. Paoletti, P. Cenci, S. Centro, G. Pastori Parravicini, M. G. Pelizzo, E. De Sanctis, A. Di Virgilio, L. Poletto, R. Pratesi, E. Rimini, S. Focardi, E. Iarocci, I. Ortalli, N. Robotti, G. Sansone, E. Sindoni, F. Palmonari, R. Petronzio, A. Stella, S. Tomic, G. Tonelli, P. Picchi, B. Preziosi A. Zichichi

sommario

3 EDITORIALE / EDITORIAL 46 The design, construction and L. Cifarelli performance of the CERN Intersecting Storage Rings (ISR) SCIENZA IN PRIMO PIANO K. Hübner 5 First physics news from the CMS 48 Totally unexpected results from the experiment at the LHC ISR G. Tonelli A. Zichichi 57 A Giuseppe Franco Bassani L. Cifarelli, A. Stella 58 Croatian Physical Society: present status and prospects S. Tomic 64 Il Nuovo Cimento 150, 100, 50 anni fa A. Bettini FISICA E... 65 EPL celebrates its Silver Jubilee 19 Attosecond pulses for the M. Huber investigation of ultrafast electronic 67 Sotto un altro cielo: IV Conferenza processes Internazionale IUPAP delle Donne P. Nicolosi, M. G. Pelizzo, L. Poletto, nella Fisica G. Sansone, M. Nisoli S. Croci Intervista a PERCORSI 69 Ettore Fiorini 30 I fisici e il Risorgimento A. Bettini M. Leone, A. Paoletti, N. Robotti 71 RECENSIONI IL NOSTRO MONDO 43 XCVII Congresso Nazionale 78 In ricordo di(*) della Società Italiana di Fisica D. Palumbo (H. Bruhns) Programma Generale G. Toraldo di Francia (R. Pratesi) S. Leschiutta (E. Bava)

79 opinioni

80 ANNUNCI

(*) Il testo completo è pubblicato online: www.sif.it/SIF/it/portal/attivita/saggiatore/ ricordo Il Nuovo Saggiatore - Bollettino della Società Italiana di Fisica viene inviato gratuitamente ai Soci

Modalità di Iscrizione alla sif

Per iscriversi occorre presentare domanda di associazione con un breve curriculum scientifico e l’indicazione di due Soci presentatori. La domanda di associazione può essere fatta online (oppure scaricando l’apposito modulo di associazione, pubblicato anche in questo fascicolo) all’indirizzo: http://www.sif.it/SIF/it/portal/associazione. La domanda verrà poi esaminata ed eventualmente approvata dal Consiglio di Presidenza. Il pagamento della quota sociale, nei modi sotto indicati, dovrà avvenire dopo aver ricevuto comunicazione della accettazione a Socio.

Rinnovo Quote Sociali

Il rinnovo della quota sociale può essere effettuato:

• Online nell’Area Soci del sito web della SIF; in questo caso si utilizza la carta di credito, con collegamento diretto e sicuro al sito della Banca Nazionale del Lavoro (BNL). Ricordiamo che l’Area Soci è un’area protetta per accedere alla quale occorre utilizzare username e password che vengono inviati a tutti i Soci. (Per accedere agli altri servizi disponibli nell’Area Soci occorre essere Soci in regola). • Seguendo le modalità pubblicate in rete all’indirizzo: http://www.sif.it/SIF/it/portal/associazione. In caso si desideri procedere anche in questo caso con la carta di credito, ricordarsi di usare l’apposito modulo debitamente compilato in tutte le sue parti. • È anche possibile rinnovare l’associazione alla European Physical Society (EPS) attraverso le rispettive società nazionali. I Soci che desiderano pagare la propria quota di associazione all’EPS tramite la SIF possono farlo con le modalità di cui sopra. Le quote di associazione all’EPS sono pubblicate in ultima pagina e in rete allo stesso indirizzo sopraindicato.

How to become a SIF member

To apply for membership an application form must be filled in, including a brief scientific curriculum and the signatures of two introducing Members. The application can be filled in online or downloading the application form at the following address: http://www.sif.it/SIF/en/portal/association. The application form will be examined and eventually approved by the Council. Applicants will have to pay the membership dues, as indicated in the form, only after having been informed by the Society about the acceptance of their application.

Membership Renewal

Those who wish to renew membership, may pay dues by one of the following terms of payment:

• Online by credit card through direct connection with the bank (BNL). This service can be accessed through the Members Area of the SIF website. We remind you that the Members Area is secured and can be accessed only through the username and password supplied to Members. • By cheque or credit card filling the payment form published on the web at the address: http://www.sif.it/SIF/en/portal/association . In case you wish to use the credit card also in this case, make sure to fill in the form in all its parts. • It is also possible to renew the association to the European Physical Society (EPS) through the respective national societies. Members who wish to pay the EPS association fee through SIF can do so according to the instructions above. The EPS association fees are available on the SIF website at the above-indicated address.

2 < il nuovo saggiatore editoriale / editorial

In questo breve editoriale, che molti Soci dell'iniziativa EPS per la proclamazione di un disponibile gratuitamente online, è ormai in leggeranno durante lo svolgimento del prossimo "International Year of Light" sotto distribuzione in versione cartacea agli Istituti nostro 97° Congresso Nazionale dell'Aquila, gli auspici delle Nazioni Unite. Il Workshop Scolastici Superiori. Nuovi fascicoli saranno vorrei limitarmi a segnalare alcuni fatti inaugura il "Varenna Fisica Festival": due intere prodotti entro la fine del 2011. significativi per la nostra Società. Una settimane di eventi di vario genere sul territorio Sul fronte editoriale segnalo il successo rassegna complessiva del suo andamento di Lecco, Merate e Varenna, esclusivamente dell'emergente rivista online EPJ Plus nel periodo 2010-2011 sarà presentata come dedicati alla diffusione della cultura (continuazione de Il Nuovo Cimento B) e la di consueto all'Assemblea Generale dei Soci scientifica centrata sulla Fisica. Il progetto e la sensibile crescita dell'impact factor di EPJ durante il Congresso e illustrata in dettaglio realizzazione del Festival si devono soprattutto A-Hadrons and Nuclei e EPJ C-Particles and nel Resoconto Annuale, l'ormai tradizionale all'Istituzione Villa Monastero (Provincia di Fields. fascicolo di sintesi delle attività societarie, Lecco) e al suo intrapredente Presidente, Infine, chiudo in bellezza con due parole distribuito ai congressisti. Rossella Sirtori. sull'eccellenza italiana in Europa. Angela Bracco Partiamo da Varenna e dai quattro corsi Il Congresso dell'Aquila, che come di è il nuovo Presidente Eletto di NuPECC (Nuclear del 2011 della International School of Physics consueto si svolge secondo un programma Physics European Collaboration Committee), "Enrico Fermi", il quarto in collaborazione scientifico di alto livello, celebra quest'anno comitato di esperti della European Science con la International School on AstroParticle 150 anni di Unità d'Italia, con una relazione Foundation. I premi della Divisione HEPP (High Physics (ISAPP). Ecco l'elenco dei titoli e dei plenaria su "I fisici e il Risorgimento" (si Energy and Particle Physics) dell'EPS sono direttori cui vanno i miei vivaci ringraziamenti veda anche l'articolo a p. 30), e 100 anni di andati per metà a ricercatori italiani (operanti per il successo dei corsi stessi: "Laser-plasma Superconduttività, con una tavola rotonda che in Italia o all'estero) e il premio più prestigioso, acceleration" (179° Corso, 20-25 giugno, ne ripercorre le tappe più salienti. Le ultime il 2011 EPS HEPP Prize, a Sheldon Lee Glashow, Direttori: F. Ferroni e L. A. Gizzi), "Three- novità dagli esperimenti di LHC al CERN sono John Iliopoulos e Luciano Maiani per il loro dimensional partonic structure of the nucleon" inoltre sempre al centro dell'attenzione. "meccanismo GIM", fondamentale contributo (180° Corso, 28 giugno-8 luglio, Direttori: Segnalo poi il coinvolgimento della SIF nel alla costruzione del Modello Standard. M. Anselmino e H. Avakian), "Microscopy PLS (Piano Lauree Scientifiche), in particolare applied to Biophotonics" (181° Corso, 12-22 nella selezione dei migliori studenti come luglio, Direttori: F. S. Pavone, P. So e P. French), vincitori di borse di studio per l'iscrizione a "Neutrino Physics and Astrophysics" (182° corsi di laurea in Fisica, e l'imminente creazione Corso, 26 luglio-5 agosto, Direttore: G. Bellini). di una commissione permanente della SIF per Ai corsi, nella sempre incantevole Villa le "questioni didattiche e universitarie". Monastero, si è aggiunto quest'anno un A proposito di didattica, il primo fascicolo Workshop EPS-SIF dall'accattivante titolo della collana "L'Energia nella Scuola" di "Passion for Light", dedicato al lancio (Supplemento del Giornale di Fisica), già

In this brief editorial, that many Members Light”, aimed to announce the EPS initiative (Supplement of Giornale di Fisica), so far freely will read during our 97th National Congress for the declaration of an “International Year available online, is now being distributed in L’Aquila, I would like to point out only a few of Light” under the auspices of the United in paper format to Secondary High Schools. significant facts relevant to our Society. An Nations. The Workshop opens the “Varenna Further issues will be produced by the end of overall view of the status of the Society in the Fisica Festival”: two full weeks encompassing 2011. period 2010-2011 will be presented as usual at a variety of scientific events in the Varenna- On the editorial side, let me signal the the General Assembly to be held in the course Merate-Lecco region, exclusively devoted to successful starting of the online journal of the Congress. A detailed summary of all the the dissemination of scientific culture centred EPJ Plus (the continuation of Il Nuovo Cimento B) activities of the Society will be also available in on Physics. The planning and achievement and the sensible increase in impact factor the traditional Annual Report that is distributed of this Festival is mainly due to the “Villa registered by EPJ A- Hadrons and Nuclei and to the participants at the Congress. Monastero Institution” (Province of Lecco) and EPJ C-Particles and Fields. Let us start from Varenna and the four 2011 its enterprising President, Rossella Sirtori. Finally, to end with a flourish, just a few courses of the International School of Physics L’Aquila Congress, presenting its usual words on the excellent performance of “Enrico Fermi”, the fourth of which was held in high-level scientific programme, celebrates this Italian physicists in Europe. Angela Bracco is cooperation with the International School of time the 150 years of the Unification of Italy, the new President Elect of NuPECC (Nuclear AstroParticle Physics (ISAPP). Here is the list of with a plenary talk on “I fisici e il Risorgimento- Physics European Collaboration Committee), a respective titles and directors, whom I warmly Physicists and Risorgimento”(see also the committee of experts of the European Science thank for successfully leading the courses: article on p. 30 in this issue), and the 100 years Foundation. Half of the prizes of the HEPP "Laser-plasma acceleration" (179th Course, of Superconductivity, with a round table that (High Energy and Particle Physics) Division 20-25 June, Directors: F. Ferroni and L. A. Gizzi), retraces its most relevant steps. Besides the last of the EPS have been awarded to Italian "Three-dimensional partonic structure of news from the LHC experiments at CERN are researchers (based either in Italy or abroad) the nucleon" (180th Course, 28 June-8 July, always at the focus of attention. and the most prestigious prize, the 2011 EPS Directors: M. Anselmino and H. Avakian), Let me also point out the SIF involvement in HEPP Prize, has been awarded to Sheldon Lee "Microscopy applied to Biophotonics" (181st the PLS (Piano Lauree Scientifiche- Scientific Glashow, John Iliopoulos and Luciano Maiani Course, 12-22 July, Directors: F. S. Pavone, Degrees Plan), in particular for what concerns for their “GIM mechanism”, a fundamental P. So and P. French), "Neutrino Physics and the selection of the best students awardees contribution to the construction of the Astrophysics" (182nd Course, 26 July-5 August, of scholarships for the enrolment in Physics Standard Model. Director: G. Bellini). Degree courses, as well as the forthcoming In addition to the School courses, another establishment of a SIF permanent commission event was scheduled this year in the ever for “university and teaching problems”. beautiful “Villa Monastero”: a joint EPS-SIF Concerning education, the first issue of the Workshop with the catching title “Passion for series "L'Energia nella Scuola-Energy at School"

vol27 / no1-2 / anno2011 > 3 http://www.sif.it/passionforlight

http://www.varennafisicafestival.com

Passion for Light will open the Varenna Fisica Festival: a two week celebration of physics – with a focus on light – in the Italian region of Lecco-Merate-Varenna.

The workshop will provide a framework in which to announce a new initiative of the EPS Quantum Electronics and Optics Division which aims for a declaration of an International Year of Light, to be held in either 2014 or 2015, under the auspices of the United Nations.

I giovani sfidano le leggi della fisica!

The Italian Physical Society for young minds

4 < il nuovo saggiatore scienza in primo piano

First physics news from the CMS Experiment at the LHC

Guido Tonelli(*) for the CMS Collaboration INFN and University of Pisa, Pisa, Italy CERN, European Organization for Nuclear Research, Geneva, Switzerland

In its first year of running the CERN Large Hadron Collider (LHC) – the largest in the world – has began to produce data. The first physics results of the CMS experiment with proton-proton collisions are here reviewed. We present the studies performed on 7 TeV proton-proton collisions to commission the basic physics tools and to measure charged hadrons multiplicities and inclusive jet production cross-section. The complex set of measurements performed on W, Z bosons and top quarks are then discussed in detail. We describe the results of the searches for new physics performed by probing any eventual internal structure of quarks, and by looking for new massive gauge bosons, microscopic black holes and particles hinting at large extra-dimensions. The first results on the searches for SUSY and Higgs particles at LHC are lastly discussed together with the prospects for the discovery of the Higgs boson during the new physics run currently ongoing.

(*) E-mail: [email protected]

vol27 / no3-4 / anno2011 > © CERN, Geneva scienza in primo piano

Fig. 1 Schematic view of the CMS detector.

Fig. 2 Particles through a CMS slide.

6 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

1 Introduction of the major detector components and a detailed map of the magnetic field. They led to an excellent The Large Hadron Collider (LHC) and its control of the momentum resolution and absolute detectors have been designed to discover a large scale. The commissioning of the detector was then — range of signals of new physics: the Higgs boson completed using the first LHC pilot runs at√s = 0.9 and eventual supersymmetric (SUSY) partners and 2.36 TeV collision energies1 at the end of 2009. of known particles as well as a large set of new massive particles foreseen in many models for new physics including some of the recently proposed 2 LHC and CMS operations extra-dimensional models. — The Compact Muon Solenoid (CMS) is one of the The LHC started √s = 7 TeV operations in two “general-purpose” detectors of LHC [1]. spring 2010, at very low luminosity, in the It is located at the experimental Point 5 of the range of L = 1027cm–2 s–1, but reached quickly LHC near Cessy (France). instantaneous luminosities exceeding L = The main distinguishing features of CMS are 2 × 1032 cm–2 s–1. In total an integrated luminosity (fig. 1) a large superconducting solenoid magnet, of ~47 pb–1 has been delivered by the LHC in which creates a strong field of 3.8 tesla, a state- 2010. With the LHC running in pp mode CMS has of-the-art silicon tracker, a highly granular crystal collected about 43 pb–1 of data corresponding to electromagnetic calorimeter, fully hermetic an overall data-taking efficiency of about 92%. hadronic calorimeters and a sophisticated and An 11% uncertainty was initially estimated on redundant muon system. The detector has been the luminosity mainly due to the uncertainty on built thanks to the collective effort of the CMS the number of protons in each bunch [2]; later Collaboration consisting of more than 3170 on, using additional measurements performed scientists and engineers from 182 Institutes in special runs, it has been possible to reduce distributed in 40 countries all over the world. significantly this uncertainty so that the overall The basic principle of particle detection in CMS error in the luminosity determination is now is illustrated in fig. 2. Charged particles emerging estimated to be 4%. The overall operational status from the interaction point are measured in the of CMS during this data taking was excellent. All silicon tracking system embedded in the 3.8 T sub-systems had a fraction of operational channels magnetic field which is produced by the large exceeding 98%, an outstanding achievement superconducting solenoid. A very precise, three- considering that the total amount of read-out layer, pixel detector allows the reconstruction channels in CMS exceeds 80 million. of the primary vertex of the interaction and CMS uses a two-stage trigger. The Level 1 is identifies long-living decay products hinting at implemented in hardware and, for the current data the presence of b-quarks. Electromagnetic and taking, reduces the rate to a maximum of 45 kHz. hadronic calorimeters are installed inside the The second stage, High-Level Trigger (HLT) is fully superconducting coil while muons are measured implemented in software and selects interesting first in the inner tracking system and then tracked events to be permanently recorded at a rate of outside the solenoid through a redundant set of about 300 Hz. muon stations installed to instrument the return The CMS GRID-based computing infrastructure joke of the magnetic field. Since the calorimeters performed very well. As for most of the LHC cover a large fraction of the full solid angle, the experiments it is based on several specialized presence of neutrinos in the decay products is layers (Tiers) of computing centers. The Tier-0 inferred through the balance of energy in the infrastructure at CERN was able to repack and transverse plane. promptly reconstruct collision data. Within an hour Prior to collecting pp collisions the detector has ~10% of the data was quickly reconstructed and, been thoroughly calibrated using muons produced once this was validated, the full data set of physics in cosmic rays. A large data set of more than 109 quality data was transferred to the 7 Tier-1s and muons was recorded in successive campaigns of cosmic-ray data taking in 2008 and 2009. As a result of these studies it was possible to achieve a good 1 The words and expressions highlighted in red are listed understanding of the initial alignment constants and explained in box 1.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 7 scienza in primo piano

Fig. 3 Left: Distribution of the 3D impact parameter significance. Right: Zoom in the “central” region (|h|<1.5).

Fig. 4 Invariant-mass distribution of particles decaying to m+m- in CMS.

Fig. 5 Left: Density of charged tracks in different h regions for collision energies 0.9, 2.36 and 7 TeV. Right: Average density of charged tracks in the very central region as a function of √—s .

8 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

to the more than 50 Tier-2s distributed all over the world for instrumental anomalies and beam-induced backgrounds the analysis. In the weeks before the major conferences more on the MET measurement and demonstrated a cleaning than 800 individuals submitted analysis jobs to the Tier-2 procedure to identify and correct for these effects. After centers and we have been able to present results using data the cleaning procedure, the distributions in the data, in collected up to a week before. general, are in good agreement with Monte Carlo simulation predictions. The best resolution in missing transverse energy is obtained using the Particle-Flow MET [5]. 3 Detector performance and commissioning of the Following analysis of the cosmic data taken in 2008 and major physics tools 2009, the performance of muon identification in CMS has been further studied on a sample of muons coming from After many years of detailed Monte Carlo (MC) studies it collisions. Measured distributions of basic muon-related was important to first check that the CMS detector is well quantities are well reproduced by the Monte Carlo simulation. understood and that resolutions and other features obtained Efficiencies of various high-level trigger, identification, from the analysis of collision data match the values derived and reconstruction algorithms have been measured in the from simulations. The speed by which these first results were muon momentum range up to about 15 GeV/c, and found obtained was unprecedented. This was mostly due to the fact to agree within 5–10% of expectations. The excellent muon that the alignment and calibration conditions of the detector momentum resolution in CMS (less than 1% for muons were already in place thanks to the excellent use and analysis in the central region, and less than 3% for muons in the of the cosmic-ray data taken in the previous two years. forward parts), can be appreciated when looking at the As an example of this outstanding agreement fig. 3 shows opposite-sign di-muon invariant mass distribution (fig. 4). the comparison between data and MC of the distributions It has been obtained analyzing the full data set collected so of the 3D impact parameter (IP) significance [3]. This is a very far corresponding to 40 pb–1. Well known members of the sophisticated variable that is used in b-tagging algorithms, quarkonia (quark-antiquark) families up to the Z boson are the tools capable to identify the presence of long-living clearly visible. particles, like the b-quark, in jets. The plots are obtained using all tracks with pT > 1 GeV/c inside jets with pT > 40 GeV/c and |η| < 1.5. Note the logarithmic scale of the first plot, where 4 First physics results an excellent agreement between data and MC extends over several orders of magnitude. On the right hand side 4.1 Soft QCD and jet physics of the figure a zoom into the “central” region allows better Using “minimum bias” events we have been able appreciation of the details of the agreement. to measure the average transverse momentum and Three different approaches are used in CMS to reconstruct pseudorapidity distributions of charged tracks down to jets. They differently combine individual contributions from very low transverse momentum (pT ≥ 50 MeV/c), in a large various sub-detectors to form the inputs to the jet-clustering pseudorapidity interval (|Dh| ≤ 2.5) for three different collision algorithm. The conventional approach (Calo-jets) is based energies (0.9, 2.36 and 7 TeV) [6]. The data are corrected for on the purely calorimetric information; the Jet-Plus-Track trigger and event selection efficiency, for effects of tracking approach (JPT-jets) uses the information on the charged inefficiency and secondary tracks originating from the decay particles associated to jets, as reconstructed by the tracker, of long-lived particles and for products of interactions with to improve the measurements of the calorimeters; Particle- the beam pipe and the detector material. At higher energies Flow (PFlow or PF-jets) is a completely new approach, specific we observe an increase in the density of particles in data to CMS, which combines all information available from the stronger than in model predictions (fig. 5). The results are various sub-detectors. Jet energy measured in the detector is being used as input to an improved Monte Carlo modeling of typically different from the corresponding particle jet energy. minimum bias events.

The purpose of the jet energy correction (JEC) is to relate, on Inclusive jet pT spectra have been produced for all three jet average, the energy measured in the detector to the energy approaches used in CMS. The measured cross-sections are of the corresponding particle jet. The first physics analyses in found to be in agreement with next-to-leading order (NLO) CMS conservatively used 5–10% JEC uncertainties for JPT, PF perturbative quantum chromodynamics (QCD) calculations, and calorimeter jets [4]; with additional data this uncertainty within the experimental and theoretical uncertainties [7, 8]. has been reduced to 3–5%. With the new Particle-Flow approach the distributions can

The reconstruction of the missing transverse energy be extended from the TeV region down to a low pT value (MET) in the events is an important tool to address some of of 18 GeV/c (fig. 6). In this latter case the Jet energy scale the most challenging physics goals of CMS, like the search uncertainty is at the 3–5% level. for supersymmetry (SUSY). We studied first the effect of

vol27 / no3-4 / anno2011 > 9 scienza in primo piano

Fig. 6 Inclusive jet pT spectra for low statistics data set (60 nb–1) and purely calorimetric jets (left) and for high statistics (34 pb–1) and Particle-Flow jets (right).

Fig. 7 Missing transverse energy distribution for W+→ e+n (left) and W–→ e– n– (right). For each distribution the excellent agreement between data and MC is shown in the bottom part of the plot.

Fig. 8 Distribution of the di-muon invariant mass of Z → µ+µ− in linear (left) and logarithmic scale (right).

10 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

Fig. 9 Left: Ratio of CMS measurements to theoretical predictions. Right: Comparison with lower energy measurements and NNLO predictions.

4.2 Intermediate vector bosons distribution of the dilepton events in the range between The selection of W and Z bosons candidates is particular 60 and 120 GeV/c2 shows a clear Z peak with negligible important for CMS since their production is a benchmark background. Figure 8 shows our result for Z → m+m- in linear process at the LHC. The Higgs boson at intermediate or high and semilogarithmic scale. Similar results are obtained for the mass is expected to decay with high branching ratios to pairs Z → e+e- channel. of W’s and Z’s and, in general, the intermediate vector bosons The inclusive cross-section measurements are then are among the main sources of background to new physics extracted from the data using data-driven methods for processes. In addition they are extensively used as “standard controlling the lepton efficiency, energy and momentum candles” for calibration purposes and to understand with scale, resolution and all major sources of background. The data the lepton momentum and energy scale and resolution ratio between results and theory as well as the evolution of as well as the efficiency and purity of the lepton selection. the production cross-section with the collision center-of-mass The production cross sections at LHC are so large that it has energy are shown in fig. 9. It is worth noticing the amazing been possible very quickly to collect important samples experimental precision achieved (~1%) and the excellent of reconstructed W and Z candidates decaying to high-pT agreement between data and next-to-next-to-leading order leptons. (NNLO) calculations adopting current parton distribution The W candidate events are characterized by a prompt, functions (PDFs). The largest uncertainty for the cross- energetic (ET > 25 GeV), and isolated lepton, and signiﬁcant section measurement comes from the uncertainty in the missing transverse energy. The main backgrounds are QCD measurement of the luminosity that is currently estimated multi-jet events and Drell-Yan events (with a continuum of with a 4% error. lepton pairs produced) in which one lepton fails the selection. To complete the picture, very recently, we produced the Simple selection cuts lead to the distributions of missing measurement of the lepton charge asymmetry in W decays transverse energy that are used to extract the W± → ℓ±n and the first measurement of the W polarization at a hadron event yield. It is worth noticing that at the LHC, due to the collider. The lepton charge asymmetry in W events has been quark content of the colliding protons, we expect to measure measured both with electrons and with muons in a large a production yield for W+ larger than the corresponding pseudorapidity range and for two different thresholds on yield for W–. This is in fact what can be immediately noted in the minimum transverse momentum of the W. The values of fig. 7 showing the missing transverse energy distribution for the charge asymmetry measured with electrons and muons W candidates decaying in electrons and neutrinos. Similar are in good agreement with each other and the precision of results have been obtained for the corresponding channel the measurement is such that it is already challenging the with muons. It is also worth noticing that to extract the event PDF predictions [10]. The measurement of the W polarization yields we perform simultaneous fits to backgrounds and shows that, as expected, both W+ and W–, are produced signal contributions. QCD background shapes are obtained by LHC preferably left-handed [11]. These complex and using data while the electronweak (EWK) background shapes challenging measurements are important benchmarks to and signals are obtained from Monte Carlo simulations [9]. prove that precision electroweak measurements are already The Z→ ℓ+ℓ–candidate events are required to have performed at LHC and many others will come as soon as two opposite-sign leptons satisfying the same selection additional data is available. criteria used for the W± → ℓ±n sample. The invariant-mass

vol27 / no3-4 / anno2011 > 11 scienza in primo piano

Fig. 10 Event displays of top

quark candidates in high-pT leptons, jets and missing ET (left) and high-pT di-leptons, jets and missing ET (right). In both cases at least 1 jet is b-tagged.

Fig. 11 Top quark pair production cross-section (left), and single-top production cross-section (right), versus center-of-mass energy, and comparison with theoretical predictions.

Fig. 12 Left: distribution of the c variable for di-jet events. Right: transverse-mass distribution of W candidates decaying to en.

12 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

4.3 Top quark 5 Search for new physics The selection of top quark candidates is particularly challenging since it requires a complete understanding of all Having fully calibrated the detector response with known major physics tools. Searches in CMS for top quark candidate Standard Model (SM) processes CMS started a systematic were made looking at channels with high-pT leptons or exploration of the new energy regime. The strategy to di-leptons, jets with at least 1 jet b-tagged (i.e. tagged as search for signals of new physics starts with looking first at likely originated from a beauty/bottom quark) and missing distributions based on very simple, well-understood physics

ET. With a relatively small data set it was soon possible to objects, like di-jets, di-leptons and di-photons. All these identify good event candidates and to collect evidence of top can be considered discovery tools particularly suited to quark production at the LHC in the lepton+jets and di-lepton look for signals of quark compositeness, strongly coupling channels. new resonances or heavy exotic particles with significant Typical event displays of top candidates are shown in production cross-sections at the LHC. fig. 10. The event display on the left shows the presence of a high-momentum muon (pT = 30.6 GeV/c), MET>100 GeV 5.1 Quark compositeness and new heavy bosons and 4 high-pT jets, one of which with good b-tag. A couple of The angular distribution of di-jets is particularly sensitive possible combinations of missing ET with the muon leading to the presence of a contact interaction. If the quarks are to a transverse mass compatible with the presence of a W in composite objects high invariant mass di-jets will show 2 the event (mT = 104–105 GeV/c ). The top quark candidate significant deviations from the smooth angular behavior in the di-leptonic channel shown on the right contains two predicted by perturbative QCD. The analysis is based on the |y1 – y2| high-pT muons with opposite charge, two jets, both with use of a variable c(c = e with y1 and y2 being the rapidity secondary vertices (b-tagged) and a significant missing values of the two jets) which is built to be flat if quarks have transverse energy (MET > 50 GeV). The event passes all cuts of no internal sub-structure but very sensitive to any form of the selection for top candidates including the Z-veto (Mµµ= 26 Rutherford scattering. Signatures of any new physics that GeV/c2); the preliminary reconstruction of the mass leads to a might have a more isotropic angular distribution than QCD value in the range 160−220 GeV/c2, fully compatible with the (e.g. quark compositeness) would produce an excess at low top hypothesis. values of χ (fig. 12). Since we do not observe any anomaly Going through the full statistics collected so far, we have in the di-jet angular distributions it has been relatively been able to measure the top pair production cross section straightforward to extract a lower limit (95% CL) on the using different techniques and various decay channels contact interaction scale of L = 5.6 TeV [14]. For CMS, so far, leading to a combined measurement of the top production quarks are still point-like objects. cross section at LHC of σtt– = 158 ± 19 pb [12], value that is in New heavy gauge bosons, generally indicated as Z’ and W’, good agreement with the most recent NLO and approximate are predicted in various extensions of the standard model NNLO predictions (fig. 11). (SM). The search for a W’ is usually performed in the context The complete mastering of all tools needed to reconstruct of the benchmark models where the W’ boson is considered and understand top quarks at LHC has been successfully a heavy analogue of the SM W boson with the same left- proven through the first measurement of single-top handed fermionic couplings. Thus the W’ decay modes and production cross-section with CMS. The measurement is branching fractions are similar to those of the W boson. In this particularly challenging as a consequence of the tiny cross context the search is performed looking for anomalies in the section expected for the process and for the presence of tail of the distribution of the reconstructed transverse mass of important sources of background mainly due to W+jets the W. – and tt events. The fact that using only 36 pb–1 of LHC data An example of this distribution for W decaying to electrons CMS has been able to measure the single-top production and neutrinos is shown in fig. 12 where one can note that 2 cross-section in the t-channel as σt = 83.0 ± 29.8(stat+syst) ± events with transverse mass exceeding 400 GeV/c have 3.3(lumi) pb [13] 2 is the best confirmation of the readiness of been collected by CMS. The production of a W’ boson would the detector to explore the completely new territory made imply an excess of events in the tail of the distribution. Since accessible by the LHC collisions. no excess is visible in our data, we can extract limits on the production of heavy W’ vector bosons at the LHC. The most important source of background for this analysis are multi-jet and tt– events that must be carefully understood to set limits on new phenomena. 2 Here “stat”, “syst” and “lumi” indicate, respectively, the statistical, Assuming standard-model–like couplings and decay systematic and luminosity uncertainty contributions to the cross-section branching fractions and combining together the decay measurement.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 13 Fig. 13 Left: Invariant-mass distribution of di-photon events with simulation of the excess of photons produced in a few extra-dimensions models.

Right: Distribution of the variable ST and simulation of the excess due to the production of microscopic black holes in different models.

modes in electrons and in muons, we can exclude a W’ Because of this, the gravitational force is effectively diluted, with mass lower than 1.58 TeV/c2, a value that exceeds the having undergone a Gauss’s Law reduction in the ﬂux. current limits set by the Tevatron experiments [15]. The most Phenomenologically, this scenario results in s-channel stringent limits to date have been obtained also for the production of massive Kaluza-Klein (KK) graviton states, search of Z’ where the analysis is conceptually similar [16]. which decay into a di-photon ﬁnal state that can be easily The challenge is to study in detail the high mass part of the detected in modern, hermetic detectors like CMS. A search Z resonance tail looking for any excess that could hint at for large extra-dimensions via virtual graviton exchange in the production of new massive bosons. The most important the di-photon channel has been performed by CMS looking source of background for both analyses are multi-jet and tt– for an excess of events in the high mass tail of the distribution events that must be carefully understood to set limits on new of the di-photon invariant mass (fig. 13). The new limits, phenomena. obtained in the range of 1.6–2.3 TeV/c2, depending on the Many new limits have been published by CMS in the search number of extra-dimensions, can be interpreted as the lower

for exotic particles, however there is not enough space in this limits on the effective Planck scale, MD, in these models, and paper to cover all of them. I want to mention briefly only the are the most restrictive limits on the existence of large extra- direct search for large spatial extra-dimensions and the first dimensions to date for their number greater than two [17]. direct search for signature of microscopic black holes at a Another possible manifestation of the fact that the effective

particle collider. Planck scale, MD, could be brought to the TeV scale for the presence of compactified extra dimensions could be the 5.2 Extra-dimensions and microscopic black holes production of microscopic black holes. Partons colliding Compact large extra-dimensions are an intriguing in LHC, once they approach each other to a distance proposed solution to the hierarchy problem of the standard comparable to the size of extra dimensions, could start model, which refers to the puzzling fact that the fundamental feeling the full strength of gravity and may collapse in a 19 2 scale of gravity, Mpl ∼ 10 GeV/c , is so much higher than microscopic black hole. The production cross section can 3 2 the electroweak symmetry breaking scale MEWSB ∼ 10 be as high as 100 pb for MD of 1 TeV/c . Once produced, the GeV/c2. With such a difference in scales, it is difﬁcult to microscopic black holes evaporate almost instantaneously protect the Higgs mass from radiative corrections without by emitting energetic particles. About three quarters of the a very high degree of ﬁne-tuning. The original proposal emitted particles are expected to be quark and gluons; the to use extra dimensions to solve the hierarchy problem rest is accounted for by leptons, photons, W/Z bosons and assumed a scenario where the SM is constrained to the possibly Higgs particles. common 3+1 space-time dimensions, while gravity is free We look therefore for events with high multiplicity of to propagate through the entire multidimensional space. energetic objects. Since the main background comes from

14 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

Fig. 14 Left: Distribution of aT for di-jet events. Right: Exclusion limits on SUSY produced by several different analyses.

copious production of multi-jets that are not well described other SM particles, as well as neutralinos which escape in QCD predictions, we must use data-driven methods. We undetected, leading to ﬁnal states with several hadronic jets have found that a new variable, ST, which is defined as the and large missing transverse energy. scalar sum of transverse momenta of all the energetic objects CMS performed the first search for SUSY particles at the in the event (reconstructed hadronic jets, leptons, photons LHC in events with two or more energetic jets and signiﬁcant and missing transverse energy) can be used to describe the missing transverse energy. Since we are looking for massive multi-jet QCD background (fig. 13). The resulting background objects, events are pre-selected requiring high values of the predictions for the inclusive multiplicities of 3, 4, and 5 or scalar sum of the transverse energy of jets, HT > 350 GeV, thus more objects in the final state agree with the observed ensuring large hadronic activity in the event. The analysis is spectra in the data. As a result, we have been able to exclude then based on the use of a very simple variable α = E /M , T Tj2 T black holes with the minimum masses between 3.5 and 4.5 where E is the transverse energy of the less energetic of Tj2 2 2 TeV/c , for the values of MD in the range of 1.5–3.5 TeV/c and the two jets in the event and MT is the transverse mass of the various other model parameters [18]. These limits are the first di-jet system. direct limits on black hole production at particle colliders and For a perfectly measured di-jet event, with ETj1 = ETj2 and jets go well beyond potential reach of the Tevatron or cosmic-ray back to back in φ, and in the limit where the jet momenta are experiments. large compared to their masses, the value of αT is 0.5. In the case of an imbalance in the measured transverse energies of

5.3 Supersymmetry back to back jets, αT takes on values smaller than 0.5, while Supersymmetry is widely considered an attractive theory for jets that are not back to back, αT can be greater than 0.5. that is able to solve the “hierarchy problem” of the Standard Values of αT above 0.5 can occur for QCD multi-jet events, Model at the expense of introducing a large number of either with multiple jets failing the ET > 50 GeV requirement, supersymmetric particles with the same quantum numbers as or with missing transverse energy arising from jet energy the SM particles, but differing by half a unit of spin. If R-parity resolution or severe jet energy under-measurements conservation is assumed, supersymmetric particles are due to detector inefﬁciencies. On the other hand, events produced in pairs and decay to the lightest supersymmetric with genuine missing ET often have much larger values of particle (neutralino or LSP), leading to a characteristic αT, resulting in a good separation of signal events from signature of events with large missing transverse energy. the QCD multi-jet background. As anticipated, these

The dominant production channels of heavy coloured distributions peak at αT = 0.5 for QCD multi-jet events and sparticles (i.e supersymmetric particles) at the LHC are squark- then fall sharply in the range 0.5 to 0.55, reaching a level squark, squark-gluino and gluino-gluino pair production. 4–5 orders of magnitude lower than the peak value (fig. Heavy squarks and gluinos decay into quarks, gluons and 14). Multi-jet events from QCD background are therefore

vol27 / no3-4 / anno2011 > 15 Fig. 15 Left: Distribution of the opening angle between the two leptons, ∆jℓℓ, in WW event candidates. Right: Exclusion limits on MSSM neutral Higgs decaying to t pairs.

efficiently rejected by requiring αT to exceed 0.55. A simple 5.4 Higgs boson generalization of the variable αT can be used to include The search for the Higgs boson is one of the most final states with more than two jets. A small tail of –tt and ambitious goals of the LHC experiments. The amount of W+jets and Z invisible+jets events survive as a possible data collected in 2010 was not large enough to perform a contamination to the signal region. Data-driven methods complete and exhaustive search that can yield, in general, are used to understand all major sources of background. competitive results with respect to the Tevatron Collider. The search for SUSY signals involves looking for an excess This has been possible, so far, only for a couple of analyses. + − of events in the high αT region. Since no excess has been The first analysis is the search for the SM Higgs in the W W observed in the full 2010 data set, we have published channel with the Higgs production cross-section enhanced limits constraining significantly the simplest minimal by the presence of a fourth generation. supersymmetric extensions of the Standard Model (MSSM) A possible extension to the SM is the addition of a fourth [19]. family of fermions. For large lepton and quark masses, this A complex set of additional searches has then been extension has not been excluded by existing constraints. The performed using many different topological signatures presence of another family of fermions would produce an

of SUSY: di-photons and large missing ET, same sign and enhancement of the dominant gluon fusion cross-section. opposite sign di-leptons, single leptons and large missing The irreducible background for H → W+W− production is the + − ET, multi-leptons and fully hadronic final states with SM non-resonant production of W W . A good understanding large missing ET. None of these searches produced so far of this process and its properties is needed anyway since the hints of production of SUSY particles at the LHC. Using W+W− channel is particularly sensitive in the intermediate conservative statistical tools we have extracted limits from mass range (120–200 GeV/c2) and is therefore considered a the experimental data producing new results exceeding sort of work-horse for the search of the SM Higgs boson. This significantly the best measurements performed so far by the is why the search was performed in conjunction with the first Tevatron experiments [20–23]. Figure 14 summarizes the measurement of the W+W− production cross-section at LHC. + − exclusion limits produced by these analyses for a particular W W candidates are selected in events with two high-pT choice of SUSY parameters. The highest exclusion limits leptons, electrons or muons and large missing ET. Leptons are obtained using the fully hadronic final states. Based on originating from H → W+W− decays tend to have a relatively the results obtained from the analysis of the 2010 data, we small opening angle, while those from WW backgrounds can extrapolate that, if supersymmetry is really a symmetry are preferentially emitted back-to-back. The opening angle

of nature, it will be possible to detect SUSY signals in the between the two leptons, ∆jℓℓ, is therefore a variable 2011–2012 LHC data, supposed to be 50–100 times larger providing the best discriminating power between the Higgs with respect to the ∼40 pb−1 recorded so far. boson signal and the majority of the backgrounds in the

16 < il nuovo saggiatore G. tonelli: First physics news from the CMS Experiment at the LHC

low-mass range. Figure 15 shows the distribution of ∆jℓℓ, The results obtained in the searches for the Higgs boson after applying the W+W− selections, for a SM Higgs boson using the 2010 data set bodes well for the current LHC data 2 signal with mH = 160 GeV/c , and for the major sources of taking. Assuming that in 2011–2012 the LHC will deliver backgrounds. Since no excess above the SM expectations to the experiments an integrated luminosity in a range of −1 was found in the lower ∆jℓℓ region, upper limits on the Higgs 5–10 fb , as it appears to be possible extrapolating on last boson production cross-section have been derived. In the year’s performance of the machine, we are confident to presence of a sequential fourth family of fermions with very be able to exclude the SM Higgs boson in the mass range high masses, a Higgs boson with Standard Model couplings between 120 and 600 GeV/c2, or to discover it with the and a mass between 144 and 207 GeV/c2 has been excluded combination of ATLAS and CMS results. at 95% confidence level [24]. The second analysis yielding new results on Higgs is the search for MSSM Higgs decaying to tau pairs. The minimal 6 Conclusion supersymmetric extension to the standard model (MSSM) requires the presence of two Higgs doublets. This leads to We have presented the first physics results obtained using a more complicated Higgs boson sector, with five massive pp collisions at 7 TeV. After a few months of data taking Higgs bosons: a light neutral scalar (h), two charged scalars we have achieved a good understanding of the detector (H±), a heavy neutral CP-even state (H) and a neutral CP-odd performance and of the Standard Model properties at 7 TeV. state (A). Soon afterwards we have started the systematic exploration The tau pair decays of the neutral Higgs bosons, having a of the new energy regime in the quest for signals of new branching ratio of about 10%, serve as the best experimental physics. New limits have been produced in many searches: signature for this search. The bb– mode, though it has a quark compositeness, new vector bosons, extra dimensions. much larger branching ratio, suffers from an overwhelming Lastly, the first studies on the searches for SUSY particles and background from QCD processes. the Higgs boson in LHC data have been presented together Three final states where the τ decays leptonically or with the prospects for the current 2011–2012 running period. hadronically are used in our analysis: eτh, µτh, and eµ, where we use the symbol τh to indicate a reconstructed hadronic decay of a tau. The ee and µµ final states suffer too much Acknowledgements background from Z/γ* → ℓℓ events to be usable. The observed tau pair mass spectrum reveals no evidence I would like to thank first the LHC accelerator team for for neutral Higgs boson production, and we determine an achieving an impressive performance of the machine in its upper bound on the product of the Higgs boson cross section first year of running. I am grateful to all colleagues of the CMS and tau pair branching ratio. These results, interpreted in the collaboration for their huge collective effort in constructing MSSM “parameter space”, exclude a previously unexplored and running the experiment and analyzing so quickly and so 2 region reaching as low as tan β = 23 at mA = 130 GeV/c [25]. efficiently data collected just up to a few months ago.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 17 Box 1 — √s is the proton-proton collision energy in their center-of-mass The terms s-, t-channels indicate different types of scattering reference frame. processes, i.e. of Feynman diagrams, occurring at the parton level in the proton-proton interaction. The luminosity L is the quantity which multiplied by the interaction

probability (i.e. the cross-section) of the two colliding particles The particle rapidity is y =1/2 ln((E + pL)/(E – pL)), where E and pL are gives the total collision rate. the particle energy and longitudinal momentum with respect to the beam axis. pT is the particle transverse momentum component with respect 2 2 2 to beam axis. The particle transverse mass mT is defined by mT = m + pT, where m and pT are the particle mass and transverse momentum. The particle pseudorapidity is η = –ln(tan θ/2), where θ is the angle between the particle momentum and the beam axis. The R-parity is a multiplicative quantum number such that all supersymmetric particles have R = –1, while all ordinary In high energy collisions in a proton-proton collider the particles (Standard Model) particles have R = +1. initial momentum in the direction transverse to the beam axis is negligible. Because of energy and momentum conservation, tan β is defined as the ratio of the vacuum expectation values of any net transverse momentum in the final state hints at an the two neutral Higgs fields and is one of the many parameters imbalance in the transverse energy, ET, usually indicated as describing the MSSM theory. missing transverse energy.

References [14] The CMS Collaboration, “Measurement of Dijet Angular Distribution — and Search for Quark Compositeness in pp Collisions at √s = 7 TeV”, [1] CMS Collaboration, “The CMS Experiment at the CERN LHC”, JINST 3 arXiv:1102.2020, Phys. Rev. Lett., 106 (2011) 201804. (2008) S08004. [15] The CMS Collaboration, “Search for a W’ boson decaying to a muon — [2] CMS Collaboration, “Measurement of CMS Luminosity”, CMS-PAS- and a neutrino in pp collisions at √s = 7 TeV”, arXiv:1103.0030, EWK-10-004 (2010). accepted for publication in Phys. Lett. B. [3] CMS Collaboration, “Commissioning of b-jet Identiﬁcation with pp [16] The CMS Collaboration, “Search for Resonances in the Dilepton Mass — — Collisions at √s = 7 TeV”, CMS-PAS-BTV-10-001(2010). Distribution in pp Collisions at √s = 7 TeV”, arXiv:1103.0981, JHEP, — [4] CMS Collaboration, “Jet Performance in pp Collisions at √s = 7 TeV”, 1105 (2011) 093. CMS-PAS-JME-10-003 (2010). [17] The CMS Collaboration, “Search for Large Extra Dimensions in the [5] CMS Collaboration, “Missing Transverse Energy Performance in Diphoton Final State at the Large Hadron Collider”, arXiv:1103.4279, Minimum-Bias and Jet Events from Proton-Proton Collisions at JHEP, 1105 (2011) 085. — √s = 7 TeV”, CMS-PAS-JME-10-004 (2010). [18] The CMS Collaboration, “Search for Microscopic Black Hole [6] CMS Collaboration, “Transverse-momentum and pseudorapidity Signatures at the Large Hadron Collider”, Phys. Lett. B, 697 (2011). — distributions of charged hadrons in pp collisions at √s = 7 TeV”, [19] The CMS Collaboration, “Search for Supersymmetry in pp Collisions Phys. Rev. Lett., 105 (2010) 2. at 7 TeV in Events with Jets and Missing Transverse Energy”, [7] The CMS Collaboration, “Measurement of the Inclusive Jet Cross Phys. Lett. B, 698 (2011). Section in pp Collisions at 7 TeV”, CMS-PAS-QCD-10-011 (2010). [20] The CMS Collaboration, “Search for Physics Beyond the Standard — [8] The CMS Collaboration, “Measurement of the Inclusive Jet Cross Model in Opposite-sign Dilepton Events in pp Collisions at √s = 7 — Section in pp Collisions at √s = 7 TeV”, arXiv:1106.0208, submitted TeV”, arXiv:1103.1348, accepted for publication in JHEP. to Phys. Rev. Lett. [21] The CMS Collaboration, “Search for Supersymmetry in pp Collisions — [9] The CMS Collaboration, “Measurement of Inclusive W and Z Cross at √s = 7 TeV in Events with Two Photons and Missing Transverse Sections in pp Collisions at 7 TeV”, CMS-PAS-EWK-10-005 (2011). Energy”, arXiv:1103.0953, accepted for publication in Phys. Rev. [10] The CMS Collaboration, “Measurement of the Lepton Charge Lett. — Asymmetry in Inclusive W Production in pp Collisions at √s = 7 TeV”, [22] The CMS Collaboration, “Search for new physics with same-sign arXiv:1103.3470, JHEP, 1104 (2011) 050. isolated di-lepton events with jets and missing transverse energy at [11] The CMS Collaboration, “Measurement of the Polarization of W the LHC”, arXiv:1104.3168, submitted to JHEP. Bosons with Large Transverse Momenta in W+Jets Events at the [23] The CMS Collaboration, “Search for supersymmetry in events with a LHC”, arXiv:1104.3829, accepted for publication in Phys. Rev. Lett. lepton, a photon and large missing transverse energy in pp Collisions — [12] The CMS Collaboration, “Combination of top pair production cross at √s = 7 TeV”, arXiv:1105.3152, submitted to JHEP. sections in pp collisions at 7 TeV and comparison with theory”, CMS- [24] The CMS Collaboration, Measurement of W+W – Production — PAS-TOP-11-001 (2011). and Search for the Higgs Boson in pp Collisions at √s = 7 TeV”, [13] The CMS Collaboration, “Measurement of the t-channel single top arXiv:1102.5429, Phys. Lett. B., 699 (2011) 25. — quark production cross section in pp collisions at √s = 7 TeV”, CMS- [25] The CMS Collaboration, “Search for Neutral MSSM Higgs — PAS-TOP-10-008 (2011). arXiv:submit/0266191, submitted to Phys. Bosons Decaying to Tau Pairs in pp Collisions at √s = 7 TeV”, Rev. Lett. arXiv:1104.1619, accepted for publication in Phys. Rev. Lett.

Guido Emilio Tonelli Guido Tonelli is Professor of General Physics at the University of Pisa and INFN Collaborator. He works in the field of High-Energy Physics since 1978 participating in experiments at CERN (Geneva, Switzerland) and Fermilab (Chicago, USA). Among his contributions there are the first precision measurements of the lifetime of charmed mesons, experimental tests of the Standard Model of fundamental interactions and searches for new physics beyond the Standard Model. He was one of the first "pioneers" developing semiconductor detectors for High Energy Physics and he is author of more than 400 scientific papers in international journals. Presently he is the Spokesperson of CMS (Compact Muon Solenoid), a Collaboration of about 3000 scientists coming from 40 different countries that have realized and put into operation one of the biggest experiments of the LHC (Large Hadron Collider), CERN, Geneva.

18 < il nuovo saggiatore fisica e...

Attosecond pulses for the investigation of ultrafast electronic processes

Piergiorgio Nicolosi1,3, Maria Guglielmina Pelizzo3, Luca Poletto3, Giuseppe Sansone2, Mauro Nisoli2 1 Department of Information Engineering, Università di Padova, Padova, Italy 2 Department of Physics, Politecnico di Milano and Institute of Photonics and Nanotechnologies, CNR-IFN, Milano, Italy 3 Institute of Photonics and Nanotechnologies, CNR-IFN, Padova, Italy

To give a classical physics perspective a few tens of attoseconds corresponds roughly to the time an electron spends on the first Bohr orbit in the hydrogen atom to complete its revolution around the nucleus. In the same time interval the electric field of an optical pulse makes a small fraction of its oscillation. The physics at such short time scales represents a great challenge both for theory and experiment and can provide amazing results.

1 Introduction material diagnostics, lithography, high- The periodicity in the temporal domain resolution imaging, biomicroscopy, leads to a periodicity in the spectral In the last decade impressive progress XUV nonlinear optics and attosecond domain, at twice the fundamental in the field of attosecond science has physics. frequency. been obtained, thanks to development The physical processes leading to Particular techniques have been in femtosecond laser technology and the generation of XUV or soft-X-ray proposed and used in order to to the introduction of novel techniques radiation by HHG can be understood select within a train of pulses a for the generation, characterization using the so-called three-step single attosecond pulse. Attosecond and application of attosecond pulses model [1]. In the framework of this science is now a well-established (1 as = 10−18 s). The production of semiclassical model, an electron research field, which promises to offer sub-femtosecond pulses is based on exposed to an intense, linearly polarized formidable tools for the investigation the process of high-order harmonic electromagnetic field is emitted from and control of fundamental atomic generation (HHG) in gases. When an the atom by tunnel ionization. The freed and sub-atomic electron processes [2, intense short light pulse is focused into electron may be driven back towards 3]. In the next section we will review a gas medium, the electronic response its parent ion by the external field and, various techniques, which have been is highly nonlinear and extremely with small probability, it recombines employed for the generation of high harmonics of the driving laser to the ground state thus emitting a isolated attosecond pulses. Section 3 frequency can be generated. High-order photon with an energy equal to the discusses various aspects of XUV optical harmonic generation is now a widely sum of the ionization potential and the technology, relevant for attosecond used technique for the production of electron kinetic energy gained in the science. Section 4 offers a perspective coherent extreme ultraviolet (XUV) laser field. Such three-step process is on the applications of isolated radiation. The unique properties of periodically repeated every half optical attosecond pulses to the investigation the harmonic emission have opened cycle of the fundamental radiation, of the charge migration process in the way to new applications in atomic thus leading to a periodic emission molecules and a proposed application and molecular spectroscopy, solid of very short radiation bursts, with of high-intensity attosecond pulses to state and plasma physics, with a wide duration in the attosecond range, for the analysis of the ultrafast charging range of applications in plasma and each half cycle of the driving radiation. dynamics in noble gas clusters.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 19 fisica e ...

2 Generation of isolated based on the sub-cycle ionization a zeroth-order quarter waveplate. In attosecond pulses dynamics in a gas cell excited by high- order to isolate a single attosecond intensity few-optical-cycle pulses; pulse the temporal gate of linear

There are two main classes of (iii) two-color gating, employing polarization, tg, must be shorter than generation schemes for the production an excitation field produced by the the separation between consecutive of isolated attosecond pulses. The combination of an infrared pulse (with pulses, given by half the optical cycle,

first method, called amplitude gating, central wavelength in the range 1.3‒1.8 T0, of the driving radiation: tg < T0/2. By is based on spectral selection of the mm) and a visible (typically 0.8 mm applying such a scheme, in combination cutoff region of the HHG radiation, central wavelength) pulse. In this with 5 fs driving pulses with stable which is emitted near the peak of the section we will briefly discuss the first CEP, the generation of 130 as isolated driving pulse [4]: isolated pulses as two methods. pulses at 36 eV photon energy has been short as 80 as have been produced in demonstrated in 2006 [9]. A complete 2008 [5], employing sub-4 fs driving 2.1 Polarization gating temporal characterization of the XUV pulses obtained by using the hollow- The confinement of the XUV pulses was obtained by using the fiber compression technique [6]. Such generation process to a single event can technique of frequency resolved optical a generation scheme requires the use be obtained by exploiting the strong gating for complete reconstruction of intense sub-5 fs driving pulses, with sensitivity of the HHG process on the of attosecond bursts (FROG CRAB) controlled electric field. Only in this case degree of ellipticity of the driving field. [10], which is an extension to the it is possible to generate a broadband If the polarization of the driving field attosecond domain of the well-known and spectrally continuous radiation in is temporally modulated from circular FROG technique used for the temporal the cutoff region. to linear and back to circular, the XUV characterization of femtosecond pulses. The second method for the emission is limited to the temporal The basis idea is the following: the production of isolated attosecond window in which the driving pulse is attosecond pulse ionizes a gas, thus pulses, called temporal gating, is based linearly polarized, as first proposed in generating an attosecond electron on the generation of a short temporal 1994 [7]. A very simple scheme for the pulse, which is a perfect replica of the window, which can be shorter than shaping of the polarization state of the optical pulse. The photoionization half an optical cycle of the driving field, driving field is based on the use of two process is obtained in the presence of a where harmonic generation is confined. birefringent plates [8], as shown in fig. 1. streaking IR pulse, whose electric field Three temporal gating schemes have A first multiple order quarter waveplate acts as an ultrafast phase modulator been proposed and implemented: introduces a temporal delay d between on the generated electron wave i) polarization gating, based on the the two field components propagating packet. The evolution of the photo- modulation of the polarization state of along the ordinary and extraordinary ionization spectra as a function of the the driving field; ii) ionization gating, axis of the plate. The second plate is delay between the attosecond and

Fig. 1 Setup for polarization gating based on two birefringent plates.

20 < il nuovo saggiatore P. nicolosi et al.: ATTOSECOND PULSES FOR THE INVESTIGATION ETC.

the IR pulses allows one to retrieve the 5 fs driving pulses with stable CEP to using a suitable spatial filter in the XUV temporal intensity profile and phase of generate XUV radiation in a 2.5 mm beamline. the XUV pulse. long cell filled with xenon at static Longer driving pulses can be used for pressure (2.5‒3 torr) at a peak intensity the generation of isolated attosecond I = (2.3 ± 0.3) × 1015 W/cm2 have been 3 XUV optics for attosecond pulses by using the polarization gating used. The XUV spectra display an pulses technique in combination with a driving evolution from a continuous behavior pulse composed by the fundamental to a modulated one by changing the The management of ultrashort pulses, field and its second harmonic: such a CEP value. In the case of continuous like their steering or focusing and also method is called double optical gating spectra, sub-160 as isolated pulses band selection, in experimental systems (DOG) [11]. In this case the temporal have been generated, with an energy poses challenging problems. In fact, separation between consecutive on target of 2.1 nJ, in the case of the pulse duration is of hundreds of attosecond pulses is given by the xenon, and 1.4 nJ, in the case of argon. attosecond order and furthermore their optical period of the fundamental field. Figure 2 shows the retrieved temporal wavelength is in the extreme ultraviolet intensity profile of the XUV pulse. The spectral range. In the following we will 2.2 Ionization gating reconstructed pulse has a duration present different optical techniques Recently it has been demonstrated (FWHM) of 155 as. based on multilayer coatings reflective that the sub-cycle ionization dynamics The physical mechanisms at the basis optics and on diffraction gratings can be used in combination with of the ionization gating technique has optical systems. an efficient spatial filtering in the been investigated by using a single- XUV beam-line in order to generate atom nonadiabatic saddle-point 3.1 XUV multilayer optics to reflect isolated attosecond pulses, without the method [13, 14] and a non-adiabatic ultrashort pulses requirement of a bandpass filter [12]. three-dimensional (3D) numerical At such short wavelengths The key elements of this technique propagation model [15], which takes transparent materials do not exist, LiF are: i) the use of 5 fs driving pulses, into account both temporal plasma- presents the shortest edge at about with controlled electric field and induced phase modulation and 105 nm. Consequently, refractive peak intensity beyond the saturation spatial plasma-lensing effects on the optics, like lenses, cannot be used. intensity of the gas used for HHG; fundamental beam. The 3D-simulations, Furthermore, diffractive optics like zone ii) the optimization of the generation which turn out to be in very good plates have very low efficiency and geometry in terms of gas pressure, agreement with the experimental are affected by chromatic aberration. position and thickness of the gas cell, results, demonstrate that the XUV The only way is to use reflective optics. and iii) proper spatial filtering obtained beam is characterized by uniform pulse But, again, standard coatings made by using a pinhole in the XUV beamline. duration across its transverse profile, by of metals (gold, platinum…) have

Fig. 2 Reconstruction of temporal intensity profile and phase of isolated attosecond pulses obtained by employing the ionization gating technique.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 21 fisica e ...

relatively good normal incidence reflectivity up to about 42 into account the phase change and absorption due to eV. For higher energies the optics have to work at grazing propagation of radiation in the structure. incidence. This because the real part of the refractive index at This interference effect results in a high reflectivity with short wavelengths is close to one. a limited, of about a few percent, spectral bandwidth. In Alternatively good reflectivity in a limited bandwidth can principle, the largest the number of contributing layers the be obtained with multilayer coatings. In general they are narrower is the spectral bandwidth. These kinds of coatings made of a periodic distribution of thin films of two different are presently widely used, for example in space experiments materials. Since in the XUV spectral range, as already and XUV photolithography. However, in the case of ultrashort mentioned, any material absorbs radiation, materials with pulses a standard periodic multilayer is not suitable, since relatively low absorption coefficient have to be chosen in the reflected pulse would be heavily distorted with respect order to have the largest number of layers contributing to to the incident one. The radiation of an ultrashort pulse the reflection process. Typically the multilayer films are made spans a large bandwidth, so photons have quite different of two materials, one with relatively low absorption (spacer) energy. Since the optical constants of the material change and a second one with higher absorption (absorber) in with energy these photons penetrate at different depths, order to get the highest optical contrast, and so the highest consequently the reflected pulse builds up with a different reflectivity at each interface. In fact the normal incidence delay. This phenomenon is described by the phase term of reflectivity at each interface depends on the change in the reflectivity. Furthermore also the limited bandwidth and real part and the imaginary part of the refractive index. shape of reflectivity R(E) affect the reflected pulse, fig. 3. Critical parameters of the multilayer (ML) structure are To understand this point, let us see the process of reflection the number of periods, N, the thickness of the period, d, the taking into account the Fourier transform relation between ratio, γ, between the thickness of the high atomic number, Z, time duration and energy bandwidth of the pulse. The field material layer and the period. amplitude reflectivity of the multilayer coating versus the By suitably selecting the materials and their thickness it is energy is expressed by possible to get in phase superposition of the components of radiation reflected at each interface. The thickness of , each layer is on the order of a few nanometers, scaling approximately as a fraction of the working wavelength. The where the square root term is the real reflectivity while the Bragg relation exponent is the phase of the reflected pulse. Assuming a Gaussian incident pulse and approximating the phase trend , with a Taylor series expansion up to the third-order term, we can see that the reflected pulse shape is not affected by where a is the grazing incidence angle and m is the order, the first constant term. Also the second first-order term does connects the working wavelength and the period d of the not affect the shape of the pulse since it describes only the structure. The reflectivity of the multilayer can be calculated group delay, i.e. the fact that the reflected pulse builds up by solving the Fresnel equations at each interface, taking after some time. However, the following second-order term

Fig. 3 Radiation of different energy (wavelength) will penetrate at different depth in the multilayer.

22 < il nuovo saggiatore P. nicolosi et al.: ATTOSECOND PULSES FOR THE INVESTIGATION ETC.

causes the time broadening of the pulse with a reduction of is related to the time duration. its amplitude, and the third-order term affects the reflected The optimization procedure looks for the best solution, pulse with distortion and temporal dispersion. by maximizing the merit function, defined in the space So, in order to reflect an ultrashort pulse without distortion, of different multilayer structures. Computation takes into being time and energy related by Fourier transformation, the account the various actual parameters like roughness at multilayer must have a suitably large bandwidth covering all interfaces, inter-diffusion between adjacent layers, roughness spectral components of the pulse and in addition, a suitable at substrate and any other parameter characteristic of the phase chirp. One method to achieve high reflectivity and practical deposition process. Furthermore, more than two large bandwidth is to design aperiodic multilayer structures. materials can be included in the structure. In this way the The design and realization of such structures is critical due solution can approximate with high reliability the actual both to the large number of variables given by the number performances of the deposited structure. Considering that of layers and interfaces and to the actual realization of the the ML reflectivity depends very critically from its structural coating due to the complexity of the deposition process. In parameters an “evolutive strategy” has been applied in the fact each layer is an independent variable in the process, so optimization procedure. The algorithm is different from specific algorithms for modelling and optimization must be other modelling procedure based on genetic or simulated used or developed. Furthermore, tolerances in the deposition annealing algorithms. It acquires knowledge of the domain process due to thickness errors, interface roughness and based on the merit function during the optimization process, interdiffusion of materials can result in performances quite converging to solutions with overconfidence [16]. The different from those theoretically expected. described computational procedure allows to find solutions For this purpose an algorithm having the property of very well reproducing the actual performances of the converging toward solutions relatively stable with respect multilayer practically realized with the deposition process. to some change in the multilayer parameters has been In fig. 4 the reflectivity and phase behaviour of an aperiodic developed. The algorithm optimizes the value of a merit Mo-Si multilayer designed in order to reflect a Gaussian function defined as pulse with constant second-order GDD is reported with blue lines. Pulses characterized by constant second-order phase chirp can be generated by filtering the HOH in the plateau , spectral region. In fact by spatial filtering only the harmonics where corresponding to short quantum trajectories can be selected. In this case the merit function has been chosen in order to get the highest reflectivity and the shortest time duration

[17]. The reflectivity is larger than 0.15 over a bandwidth is related to the reflectivity, ranging from 75 to 105 eV, corresponding to the harmonics and from 49 to 67, although the phase can be compensated up to harmonic 73. In fig. 5 the thickness distribution of the various layers in

Fig. 4 Blue line, reflectivity and phase behaviour of an aperiodic Mo-Si multilayer designed in order to reflect a Gaussian pulse with constant second-order GDD. Black line, reflectivity and phase measurements (reproduced from ref. [25]).

vol27 / no3-4 / anno2011 > 23 fisica e ...

the multilayer structure is reported. The result confirms the polarization properties of the multilayer can be characterized technical feasibility of the structure, in fact the thickness of since the radiation emitted by the bending magnet is linearly each layer is larger than about 2 nm. polarized. The phase of the multilayer can be derived by In fig. 6 the phase of the multilayer, that one of the pulse making use of the characteristic field distribution in the and the resulting corrected phase are reported vs. the multilayer, instead of making complex experiments based spectral energy. It is clear how the multilayer succeeds in on interference effects between ultrashort pulses, already giving a final linear phase trend. described in this paper. This distribution corresponds to In fig. 7 the incident pulse and the computed reflected the standing wave resulting from the superposition of the pulse from the described multilayer structure are reported. incident and reflected fields and it is directly related to the The result shows the possibility of obtaining a good reflected phase of the multilayer. Its intensity is proportional to the signal with significant time compression. The energy reflected Total Electron Yield (TEY) corresponding to the photoelectron is 13% of the incident one and the time duration is reduced emission stimulated by XUV radiation according to the by a factor 3.5 from about 460 as to 130 as. It is worth noting following relation [18–20]: that similar phase compensation can be obtained by using a transmission filter of zirconium, with the suitable thickness in , order to correct the GDD. The same technique can be applied

in different spectral regions by using different materials. where I0 is the intensity of the incident field, R is the However, the drawback is the very low transmission of the reflectivity and f the phase difference between the incident filter, which for Zr results to be lower than 10‒5. and reflected fields. Reflectivity and TEY measurements have Now following the design procedure and the deposition been performed at BEAR beam line of ELETTRA synchrotron process the multilayer mirror needs to be characterized, that in Trieste. Since the electrons have a finite escape depth, the is both reflectivity and phase have to be measured. To this TEY signal depends on the structure of the multilayer and not purpose specific metrologies have been developed. While only on the uppermost surface up to a depth of about a few the reflectivity of the multilayer can be, in principle, “easily” nm. Furthermore the proportionality constant needs to be derived from the ratio between the intensity of the reflected derived. beam and that of the incident one, a different problem is the In the fig. 4 the reflectivity and phase measurements for the measurement of the phase. The reflectivity can be measured Mo-Si aperiodic multilayer are reported and compared with for example at a beam line of a synchrotron facility by using the calculated design values. A very good agreement has the radiation emitted in a bending magnet insertion device. been found confirming the reliability of the design procedure. The beam line is equipped with a monochromator, in order to Final verification of the multilayer performances is obtained select a narrow spectral band and to scan a suitable energy by comparing the reflection of a Gaussian pulse with 30 eV interval. Consequently the reflectivity can be measured at bandwidth and 0.3 fs2 chirp for the computed structure and various wavelengths in a large spectral band, so deriving the the practically realized one. Both results show a pulse of characteristic reflectivity curve of the multilayer. Also the time duration about 130 as while the peak is slightly lower,

Fig. 5 Thickness of various layers: Si gray dots, Mo black dots. The dots Fig. 6 The phase of the multilayer, that one of the pulse and the are joined with linear segments for clarity. Numbering starts from the resulting corrected phase vs. the spectral energy (reproduced top of the structure (reproduced from ref. [25]). from ref. [22]).

24 < il nuovo saggiatore P. nicolosi et al.: ATTOSECOND PULSES FOR THE INVESTIGATION ETC.

70%, in the case of the deposited structure compared to the to the direction of the grooves. The geometry is shown in computed one. In conclusion the reliability of the described fig. 8. The direction of the incoming rays is described by two design procedure and metrology technique for multilayer parameters, the altitude and the azimuth. The altitude g is the design and realization for attosecond pulse steering and angle between the direction of the incoming rays and the focusing has been proved. direction of the grooves. The azimuth a of the incoming rays is defined to be zero if they lie in the plane perpendicular to 3.2 Use of gratings for ultrashort pulses the grating surface and parallel to the rulings. Let b define the The spectral selection of a single harmonic within the azimuth of the diffracted light at wavelength l and order m. broad harmonic spectrum can be accomplished by a The grating equation is written as sing (sina + sinb) = mλs, diffraction grating. With respect to the use of multilayer- where s is the groove density. coated mirrors, the spectral band of operation of a grating The blaze condition of maximum efficiency is described instrument is intrinsically larger and tunable. Unfortunately, as in the classical diffraction: the light has to leave the a grating gives inevitably a distortion of the temporal profile grating in such a way that it performs a specular reflection of the pulse because of diffraction [21]. In fact, each ray on the groove surface, that is a = b = d, where d is the blaze diffracted at first order by two adjacent grooves is delayed angle of the grating. It has been theoretically shown and by one wavelength and it is easy to calculate that the total experimentally measured that the efficiency in the off-plane time broadening is from several tens to several hundreds of mount is close to the reflectivity of the coating, so much femtoseconds. Nevertheless, it is possible to design grating higher efficiencies than in the classical diffraction mount can monochromators that do not alter the temporal duration of be obtained in the extreme ultraviolet (XUV) [24]. an ultrafast pulse by using at least two gratings in subtractive The OPM is a valid candidate to design TCMs with broad configuration to compensate for the dispersion [22]. In such tunability, effective time compensation and high efficiency. a configuration, the second grating compensates for the In particular, a TCM operating in the 20–60 nm region with time and spectral spread introduced by the first one. In the gratings in the OPM has been recently realized and the following, such a configuration will be defined as time-delay selection of narrow-band pulses in the few-femtosecond compensated monochromator (TCM). time scale has been experimentally demonstrated [25]. The The simplest TCM scheme adopts two equal concave XUV global efficiency of the TCM, which includes both mirror gratings at normal incidence for radiation above 40 nm. This reflectivity and grating efficiency, was measured to be in the design is theoretically able to give compensated output 0.1–0.18 range. pulses as short as few femtoseconds. It has been recently The temporal profile of the XUV pulses at the output of realized, giving 60 fs output pulses [23]. the monochromator has been measured by XUV-IR cross- It is here discussed an innovative geometry to use gratings correlation [26]. The experimental setup is shown in fig. 9. in order to realize TCMs with high efficiency and large The Ti:Sa laser pulse (25 fs duration and 1 kHz repetition rate) tunability, the so-called off-plane mount (OPM) in which the is split into two parts using a drilled mirror with a central direction of the incident light belongs to a plane parallel hole. The inner part is focused into the argon cell for HH

Fig. 7 Computed incident (dotted line) and reflected (continuous line) pulses. Fig. 8 The off-plane mount.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 25 fisica e ...

generation. Both the XUV beam and them close to the Fourier limit [27]. The the distances G1-P2 and P3-G2. For the outer annular part of the infrared optical layout of the compressor is the S < 2p, G1 is imaged behind G2 and beam, after a variable-delay stage, same already shown in fig. 9. It consists the resulting GDD is positive. For are focused onto the same argon jet. of four grazing-incidence mirrors (M1, S > 2p, G1 is imaged before G2 and the The photoelectrons generated by M2, M3, M4) and two plane gratings resulting GDD is negative. The concept single-photon absorption of the XUV (G1, G2). The main difference with the is illustrated in fig. 10. The chirp of the pulses are collected by a time-of-flight TCM already discussed is the use of pulse can be varied by changing S2. This spectrometer. The XUV pulse ionizes parabolic mirrors instead of toroidal can be performed by mounting G2 on argon in the presence of the infrared ones. The choice of parabolic mirrors is a linear translator and moving it along field; when the two pulses overlap resulting from the analysis of residual an axis coincident with the straight line in time and space on the gas jet, aberrations in the optical path lengths, which connects G2 to P3. The modeling sidebands appear in the photoelectron which shows that the use of the more of the compressor is done with ray- spectrum, spectrally shifted by the simple toroidal mirrors is unacceptable tracing simulations. infrared photon energy. The sideband for the brevity of the compressed pulses As a test case of the optical amplitude as a function of the delay under study. configuration, the design of a between the XUV and infrared pulses Since rays at different wavelengths compressor in the 50‒100 eV region is provides the cross-correlation signal. are diffracted by the first grating at here presented. The grazing angle on The measured cross-correlation traces different azimuth angles, they do the mirrors is chosen to be 3° to have have been fitted assuming a XUV not make the same optical path. high reflectivity. The acceptance angle pulse duration of 13 fs for H19 and 8 fs Therefore, the group delay, intended is 6 mrad. The size of the illuminated for H23. This measurements confirm as the propagation time of rays from portion of the paraboloidal mirrors the ability of the double-grating the source point to the output focal results 23 mm × 1.2 mm. On such a configuration to make the spectral point, depends on the wavelength. small area, manufacturers can routinely selection of ultrashort pulses and The condition for zero group-delay produce paraboloidal mirrors with a preserve their duration. dispersion (GDD) is to have G1 imaged very high quality in the finishing of the The TCM design can be modified on G2, which is realized when S ≡ S1 + surface, both in terms of figuring errors to be used to modify the phase of S2 = 2p. (λ/30 at 500 nm) and of slope errors attosecond pulses in order to compress Here S1 and S2 are, respectively, (less than 2 μrad rms). Such a precision

Fig. 9 Experimental setup to measure the duration of the XUV pulse at the output of the TCM.

26 < il nuovo saggiatore P. nicolosi et al.: ATTOSECOND PULSES FOR THE INVESTIGATION ETC.

on the optical surfaces is essential to have time-delay photoelectron emission from solids [30]. Due to the low compensation in the range of tens of attoseconds. photon flux of the currently available attosecond sources The altitude and blaze angles of the gratings have been and to the low two-photon transition cross-section in the selected to optimize the time-delay compensation at each XUV spectral region, attosecond pump-attosecond probe wavelength, that limits the ultimate temporal response of the experiments are at the moment out of reach. Nevertheless, instrument. The results of calculations of the phase properties pump-probe measurements with sub-femtosecond of the compressor are shown in fig. 11. For S > 400 mm, resolution have been performed by using a fraction of the the GDD is always negative and the values reported are in waveform controlled driving infrared pulse, which can agreement with what is required to compress the pulse as replace the attosecond pulse either in probing or starting resulting from the HH generation modeling. electron dynamics. Novel experimental approaches have This scheme is very versatile: the compressor can be been proposed and partly implemented in order to achieve designed with high throughput in any spectral interval within time-resolved imaging of electronic and molecular structures the XUV region (4−100 nm). By a simple linear translation [31]. In this contest, the exploitation of the recollision physics, of a single grating, the instrument introduces a variable in combination with optical science, offers the possibility to group delay in the range of few hundreds attoseconds with combine extreme temporal resolution with extreme spatial constant throughput and either negative or positive group- resolution. Indeed, during its motion in the continuum delay dispersion. The extended spectral range of operation between ionization and recollision with the parent ion, and the versatility in the control of the group delay allows the electron wave packet evolves with a typical de Broglie the compression of XUV attosecond pulses beyond the wavelength of the order of 1‒2 Å, which is well matched to limitations of the schemes based on metallic filters. interatomic separation in matter and typical structure size of valence electron orbitals. Therefore the wavelength of the recolliding electron allows one to probe the distances 4 Applications of isolated attosecond pulses between atoms in a molecule with extreme sensitivity, so that small changes in the shape of the molecule lead to large Isolated attosecond pulses have been used to investigate changes in the harmonic yield [32]. electronic processes like shake-up, Auger decay [28] and Two novel experimental approaches for attosecond electron tunneling [29] in atomic gases, and to probe measurements have been recently introduced by the

Fig. 10 Operation of the grating compressor. a) GDD equal to zero; Fig. 11 GDD introduced by the compressor in the 50–100 eV region. b) positive GDD; c) negative GDD.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 27 fisica e ...

researchers of Politecnico of Milan. The first one is based attosecond pulse and an intense few-cycle IR pulse. Isolated on the measurement of a time-dependent interference attosecond pulses, with spectrum extending from 20 to 40

between the ionization of bound electronic wave packet and eV, were used to excite D2 molecules. The kinetic energy, + a reference wave packet [33]. The second one is based on the Ek, and angular distribution of D ions were measured as a measurement of a time-dependent asymmetry in dissociative function of the delay, t, between the XUV pump and a 6 fs, IR

ionization of molecules: D2 molecules have been ionized by pulse with stable CEP. A velocity-map imaging spectrometer the sequence of an isolated attosecond pulse and an intense in order to measure the ion momenta has been used [35]. few-optical-cycle infrared pulse [34]. In the atomic case The attosecond pump pulse causes dissociative ionization isolated attosecond pulses to photo-ionize He atoms in the of the molecule, which can follow several pathways, strongly presence of a 5 fs infrared (IR) pulse have been used. Part of related to the photon energy and to the observation angle the XUV spectrum is below the ionization threshold of He and of the ionic fragment with respect to the laser polarization. photo-ionization can take place only in the presence of an Particularly interesting is the measurement of the temporal

intense IR field. Complete scans vs. delay between IR and XUV evolution of the asymmetry parameter, A(Ek,t), which is pulses have been acquired, showing an interference effect directly associated with the electron localization process between the direct single XUV photon ionization channel after the photoionization process initiated by the attosecond (due to photons with energy above the ionization threshold) excitation. Such a parameter is defined as follows: and a second channel given by XUV ionization assisted by the IR field. From the experimental data the energies and amplitudes of the states in the bound electron wave packet

can be obtained. In this section we will briefly review recent where NL(Ek,t) and NR(Ek,t) are the numbers of ions results on the investigation of electron localization dynamics arriving within 45° of the polarization axis on the left- and,

in D2 molecules. respectively, right-hand sides of the detector. The asymmetry parameter, shown in fig. 12, is characterized by a sub-cycle

4.1 Charge migration process in D2 molecules temporal evolution in the kinetic energy range between Isolated attosecond pulses have been used to achieve 2 and 10 eV; the phase of the asymmetry oscillations depends

control of electron localization in the process of dissociative on Ek. A left-right asymmetry is necessarily caused by a ionization of D2, induced by a sequence of an isolated coherent superposition of gerade and ungerade states,

Fig. 12 Asymmetry parameter (colour scale) for the formation of D+ ions after attosecond excitation as a

function of the fragment kinetic energy, Ek, and of the temporal delay between pump and probe pulses.

28 < il nuovo saggiatore P. nicolosi et al.: ATTOSECOND PULSES FOR THE INVESTIGATION ETC.

and the relative phase between the two states leads to References: electron localization. In the case of D molecules the states 2 [1] P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett., 71 (1993) 1994. involved in such a coherent superposition are the two lowest [2] F. Krausz and M. Ivanov, Rev. Mod. Phys., 81 (2009) 163. electronic states, 1ssg and 2psu, of the molecular ion. By [3] M. Nisoli, and G. Sansone, Prog. Quantum Electron., 33 (2009) 17. using numerical simulations, it has been demonstrated that [4] M. Hentschel, et al., Nature, 414 (2001) 509. the infrared probe pulse leads to an asymmetry either by [5] E. Goulielmakis, et al., Science, 320 (2008) 1614. [6] M. Nisoli, S. De Silvestri and O. Svelto, Appl. Phys. Lett., 68 (1996) changing the wave function of the continuum electron, or 2793. by changing the wave function of the molecular ion. In the [7] P. B. Corkum, N. H. Burnett, and M. Y. Ivanov, Opt. Lett., 19 (1994) first case, particularly important during the XUV-IR temporal 1870. [8] O Tcherbakoff, E. Mével, D. Descamps, J. Plumridge, and overlapping period, the interaction of the IR pulse with E. Constant, Phys. Rev. A, 68 (2003) 043804. the photoelectron generated by the XUV excitation causes [9] G. Sansone, et al., Science, 314 (2006) 443. a redistribution of the electron angular momentum over [10] Y. Mairesse and F. Quèrè, Phys. Rev. A, 71 (2005) 011401(R). various angular momentum states. At the same time, the [11] Z. Chang, Phys. Rev. A, 76 (2007) 051403(R). [12] F. Ferrari, et al., Nat. Photon., 4 (2010) 875. autoionization of the Q1 doubly excited states determines [13] M. Lewenstein, P. Balcou, M. Yu. Ivanov, A. L’Huillier, the production of a dissociative wave packet on the 1ssg A. and P. B. Corkum, Phys. Rev. A, 49 (1994) 2117. state with p-electron emission. Such two channels are [14] G. Sansone, C. Vozzi, S. Stagira and M. Nisoli, Phys. Rev. A, 70 (2004) completely indistinguishable, therefore they lead to quantum 013411. [15] E. Priori, et al., Phys. Rev. A, 61 (2000) 063801. interference between the two states. In the second case, the [16] M. G.Pelizzo, et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A, 623 (2010) IR pulse determines a coupling between the 1ssg and the 782. 2ps states by population transfer, and requires high intensity [17] M. Suman, et al., Appl. Opt. 46, (2007) 8159. u [18] A. Miyake, et al., J. Vac. Sci. Technol. B, 22 (2004) 2970. of the IR pulse during the dissociation of the molecule [36]. [19] A. Aquila, et al., Opt. Lett., 33 (2008) 455. [20] M.Suman, et al., Opt Expr., 17 (2009) 7922. [21] L. Poletto and F. Frassetto, Appl. Opt., 49 (2010) 5465. Acknowledgements [22] P. Villoresi, Appl. Opt., 38 (1999) 6040. [23] M. Ito et al., Opt. Expr., 18 (2010) 6071. [24] M. Pascolini et al., Appl. Opt., 45 (2006) 3253. This research was supported by the European Research [25] L. Poletto et a.l, Rev. Sci. Instrum., 80 (2009) 123109. Council under the European Community’s Seventh [26] L. Poletto et al., Opt. Lett., 32 (2007) 2897. Framework Programme (FP7/2007-2013)/ERC grant [27] F. Frassetto, P. Villoresi & L. Poletto, Opt. Expr., 16 (2008) 6652. [28] M. Drescher et al., Nature, 419 (2002) 803. agreement no. 227355-ELYCHE, the Italian Ministry of [29] M. Uiberacker, et al., Nature, 446 (2007) 627. Research (FIRB-IDEAS RBID08CRXK), the European Union [30] A. L. Cavalieri, et al., Nature, 449 (2007) 1029. under contract no. 228334 JRA-ALADIN (Laserlab Europe [31] J. Itatani et al., Nature, 432 (2004) 867. [32] N. L. Wagner, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 103 (2006) 13279. II) and the MC-RTN ATTOFEL (FP7-238362). This work has [33] J. Mauritsson, et al., Phys. Rev. Lett., 105 (2010) 053001. been carried out also in the framework of the COST ACTION [34] G. Sansone, et al., Nature, 465 (2010) 763. MP0601 “Short wavelength laboratory sources” and with [35] A. Eppink, and D. Parker, Rev. Sci. Instrum., 68 (1997) 3477. the support of the Italian Space Agency grant ASI/INAF [36] M. Kling, et al., Science, 312 (2006) 246. I/015/07/0.

Piergiorgio Nicolosi Piergiorgio Nicolosi is Full Professor of Condensed Matter Physics at the University of Padua. His reserach fields are the following: atomic spectroscopy, laser-matter interaction, development of optical and spectroscopy instruments both for laboratories and the space. In the latter field he has been – and still is – collaborating with NASA and ESA missions. He also contributed to the characterization of the first free- electron laser (FEL) source in the extreme ultraviolet (XUV), FLASH, Hamburg. He is presently interested in the development of multiplayer coatings for XUV optics, in particular for extreme applications typical of new sources like HHG, FEL, and new space missions.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 29 percorsi

I FISICI E IL RISORGIMENTO

Matteo Leone, Alessandro Paoletti, Nadia Robotti Dipartimento di Fisica, Università di Genova

I fisici italiani dell’Ottocento non solo hanno dato contributi di grande rilievo allo sviluppo delle ricerche, anche a livello internazionale, ma hanno anche preso parte attivamente alle vicende risorgimentali sia dal punto di vista politico e organizzativo sia addirittura dal punto di vista militare. L’articolo fornisce una rapida panoramica su questi significativi e poco noti aspetti della storia del nostro Risorgimento.

Carlo Matteucci (1811–1868), uno dei fisici italiani più più specificatamente dei fisici, nelle vicende del nostro importanti dell’Ottocento, così scriveva da Milano, il 6 giugno Risorgimento, che ha riguardato l’insieme degli Stati in cui era del 1848, al suo amico Michael Faraday a Londra: allora suddivisa l’Italia. “è da gran tempo che non ho vostre notizie; noi siamo In questo articolo abbiamo cercato di ricostruire, sulla alla guerra, ed io vi sono sino al collo. Per due mesi ho fatto base di documenti d’archivio, oltre che di testi d’epoca, il il commissario, ed ora fo il diplomatico. Gridate ai quattro rapporto intercorso tra i fisici italiani e il Risorgimento nel venti per l’Inghilterra, affinché il vostro Governo faccia periodo 1815 (Congresso di Vienna) – 1861 (Regno d’Italia). cessare questa ingiusta guerra. Pensate che tutti gli studenti Per ovvi motivi, data la vastità dell’argomento, non entreremo dell’Università di Pisa coi loro professori si sono battuti come nei dettagli delle vicende di ogni singolo fisico che, pur leoni il 29 maggio. Abbiamo perduto da quindici a venti continuando la sua attività, partecipò al Risorgimento, ma studenti dei migliori con il povero Pilla. Pensate, amico mio, ci limiteremo a indicare a grandi linee quale era lo stato che Piria, Mossotti, i migliori amici vostri in Italia, possono da della Fisica in Italia nei primi settant’anni dell’Ottocento, chi un istante all’altro essere uccisi […]. So bene che voi potete sono stati i nostri fisici più importanti, sia dal punto di vista rispondermi con flemma troppo inglese: “ma lasciate fare la scientifico sia da quello istituzionale e politico, e qual è stato il guerra ai soldati”. Sta bene, ma noi siamo e vogliamo essere loro coinvolgimento nelle vicende risorgimentali. tutti soldati” [1]. L’episodio a cui si riferiva Matteucci è la celebre battaglia risorgimentale di Curtatone e Montanara del 29 maggio 1 La Fisica italiana nell’Ottocento 1848, in cui il Battaglione Universitario di Pisa, comandato dal Maggiore Ottaviano Fabrizio Mossotti (1791–1863), anch’egli Nell’Ottocento, in Italia, la figura del fisico appare fisico di fama internazionale, aiutò la divisione toscana a ben definita dal punto di vista istituzionale. In genere si fronteggiare l’esercito austriaco guidato dal maresciallo trattava di professori universitari, su cattedre di Fisica, la cui Radetzky. denominazione, prima dell’Unità d’Italia, variava fortemente, La battaglia di Curtatone e Montanara, comunque, a seconda dello Stato, da “Fisica Sublime”, “Fisica Teorico- non ha rappresentato un fatto isolato, ma è il segnale Sperimentale”, a “Fisica Sperimentale”, e analoghe. Questa di un coinvolgimento generale degli scienziati italiani, e figura era invece molto meno definita dal punto di vista della

30 < il nuovo saggiatore Pietro Senno, “I toscani a Curtatone”, 1861, olio su tela. (Collezione Ente Cassa di Risparmio di Firenze).

formazione: oltre che “fisici” (laureati), spesso sono architetti, medici, ingegneri o addirittura autodidatti. La comunità dei fisici era distribuita pressappoco su tutte le università degli Stati in cui all’epoca era suddivisa l’Italia (fig. 1), oltre che all’Imperial Regio Museo di Fisica e Storia Naturale di Firenze. Cattedre di Fisica erano presenti a Torino, Genova e Cagliari (per quanto concerne il Regno di Sardegna), a Pavia e Padova (Regno Lombardo- Veneto), Parma e Modena (nei relativi Ducati), Pisa e Siena (Granducato di Toscana), Ferrara, Bologna, Urbino e Roma (Stato Pontificio), Napoli, Palermo e Catania (Regno delle Due Sicilie). In quasi tutte le sedi, esistevano poi, in genere associati all’insegnamento della Fisica Sperimentale, i Gabinetti di Fisica, cioè dei veri e propri laboratori non solo dedicati alla didattica, ma anche, in molti casi, alla ricerca. Per quanto riguarda i contributi scientifici, si può dire che la Fisica italiana, nel periodo di cui ci stiamo occupando, ha prodotto risultati di grande valore e di impatto internazionale. Prendendo come indicatore, ad esempio, la Fig. 1 Cartina dell’Italia del 1815 (M. Baratta, P. Fraccaro, L. Visintin, Atlante raccolta “Scientific Memoirs”, pubblicata, tra storico, Istituto Geografico De Agostini, Novara, 1963, fascicolo 3°, tav. 11). il 1837 e il 1852, a cura del naturalista inglese

vol27 / no3-4 / anno2011 > 31 percorsi

Richard Taylor, e in cui veniva riportata la traduzione inglese matematica sulla funzione del dielettrico [5]. Questo studio delle memorie più importanti apparse in quel periodo su verrà poi ripreso da Clausius, nel 1867 e nel 1879, e porterà “Riviste straniere“, accanto a nomi di scienziati quali Ohm, alla nota relazione tra densità e costante dielettrica, detta Gauss, Biot, Lenz, Savart, Bessel, Cauchy, Arago, Berzelius, “equazione di Clausius-Mossotti”. Regnault, Fresnel, troviamo i nomi di Macedonio Melloni Certamente, di primaria importanza sono stati i risultati (1798–1854) (con 10 memorie tradotte), di Mossotti (4 ottenuti da Melloni nella Fisica dei raggi infrarossi (detti a memorie), di Leopoldo Nobili (1784–1835) (1 memoria) e quel tempo “calore radiante”), con i quali veniva mostrata di Giuseppe Domenico Botto (1791–1865) (1 memoria) [2]. l’identità tra questi raggi e la luce, e per i quali Melloni venne Va detto, anche, che alcuni di questi Fisici, e non solo loro, definito da un suo illustre contemporaneo, il fisico ginevrino pubblicavano già direttamente su Riviste in lingua inglese. Auguste de la Rive, “il Newton del calore” [6]. A questi risultati I principali risultati ottenuti riguardavano prevalentemente Melloni era giunto utilizzando, nel 1831, un nuovo strumento, l’Elettromagnetismo, l’Ottica e la Teoria atomica-molecolare. il “termomoltiplicatore”, ideato poco prima da Nobili e Com’è noto, le scoperte fondamentali fatte nell’Ottocento formato dall’accoppiamento tra un galvanometro astatico in Elettromagnetismo non sono state realizzate in Italia. e un nuovo tipo di pila termo-elettrica, anch’essa inventata Tuttavia, sono invece italiane alcune loro grandi applicazioni. da Nobili, e subito modificata da Melloni per studiare il calore Nel 1825, ad esempio, Leopoldo Nobili, fisico sperimentale radiante. Questo nuovo tipo di pila, nella versione di Nobili, e noto costruttore di strumenti di Reggio Emilia, raggiunse era composta da 6 elementi di bismuto e antimonio, mentre fama internazionale per l’invenzione di uno strumento nella versione di Melloni gli elementi erano 32 “totalmente fondamentale nella storia dell’Elettromagnetismo, scoperti, anneriti”. Per queste sue scoperte Melloni riceveva il galvanometro astatico. Questo galvanometro era il più nel 1834 la Medaglia Rumford della Royal Society, e tra il sensibile mai costruito, grazie a un ingegnoso accorgimento 1835 e il 1839 diventava membro delle principali Accademie che consentiva di annullare l’azione del campo magnetico scientifiche europee (“Royal Society” di Londra, “Académie terrestre sull’ago calamitato. Il galvanometro astatico di des Sciences” di Parigi e “Akademie der Wissenschaften” di Nobili è stato poi ampiamente utilizzato per tutto l’arco Berlino). dell’Ottocento ed è stato il primo strumento a consentire la Importanti furono anche i contributi dati dal fisico misura delle deboli correnti fisiologiche. A partire dal 1838, modenese Giovanni Battista Amici (1786–1863). Grazie ai fu impiegato da Matteucci nelle sue ricerche sui meccanismi dispositivi ottici di precisione da lui ideati, quali l’obiettivo della funzione del nervo, che contribuirono alla nascita di un ad immersione o il prisma a visione diretta, interi campi nuovo settore della scienza, ora noto come Elettrofisiologia. della Fisica (Spettroscopia stellare) e della Biologia (Istologia Matteucci fu premiato dall’“Académie des Sciences” di Parigi e Batteriologia) hanno potuto crescere ed affermarsi. In nel 1842 per i suoi lavori di Fisiologia sperimentale, e dalla particolare, il suo prisma a visione diretta del 1860, presentato “Royal Society” di Londra nel 1844 con la Medaglia Copley nel 1862 da Jule Janssen all’Académie des Sciences di Parigi, “per le sue varie ricerche sull’elettricità animale” [3]. è rapidamente diventato “uno dei più utilizzati in Astronomia” Una grande realizzazione anch’essa tutta italiana è [7]. Tra i vari strumenti realizzati da Amici, ricordiamo anche la macchina dinamo-elettrica, ideata a Pisa da Antonio l’obiettivo acromatico a tre lenti, che è stato sviluppato Pacinotti (1841–1912) nel 1859, che sarà alla base della proprio sulla base della teoria dei sistemi diottrici elaborata dinamo, poi brevettata e prodotta industrialmente da dal già più volte citato Mossotti. Zénobie Gramme a Parigi nel 1870. La macchina originale di Riguardo, infine, alla Fisica atomica-molecolare, il Pacinotti veniva esposta nel 1881 alla “Première Exposition contributo più importante è stato senz’altro quello del internationale d’Électricité” di Parigi, mentre nel 1901 la piemontese Amedeo Avogadro (1776–1856), che sulla base prestigiosa “Institution of Electrical Engineers” di Londra delle recenti esperienze di Gay Lussac, aveva enunciato nel nominava Pacinotti suo membro onorario, onorificenza, 1811 la celebre legge che porta ora il suo nome. Questa questa, assegnata all’epoca a soli altri tre scienziati, tra i quali legge rimase sostanzialmente ignorata fino all’intervento del Lord Kelvin [4]. Non vanno poi dimenticati, sempre nel campo chimico Stanislao Cannizzaro dell’Università di Genova, che, delle realizzazioni sperimentali, i risultati ottenuti da Botto, nel 1858, la renderà famosa internazionalmente, attraverso che, nel 1834, progettava a Torino un prototipo di “motore” il suo uso sistematico per il calcolo dei pesi atomici. Sempre magneto-elettrico, con le stesse caratteristiche del motore in questo settore, va segnalato il contributo fondamentale realizzato nel frattempo da B. S. Jacobi. dato da Mossotti con la sua teoria del 1836 sulle forze Un importante contributo nel settore dei fenomeni elettrici, intermolecolari, fondata sull’esistenza di un particolare fu quello di Mossotti, che nel 1850 sviluppò una trattazione fluido distribuito attorno alle molecole. La teoria di Mossotti

32 < il nuovo saggiatore M. leone et al.: i fisici e il risorgimento

Fig. 2 Note stese dalla Commissione Superiore di Scrutinio riguardanti la condotta “ambigua” tenuta dall’astronomo reale Plana durante i moti del 1821 in Piemonte. Nelle osservazioni si può leggere che “il Professore Plana non è certamente affetto al R. governo: tale puranco si dimostrò co’ suoi discorsi nei passati trambusti. La Giunta, attesi li rari di lui talenti, il poco numero di scolari, la difficoltà di rimpiazzarlo degnamente, ha già proposto di conservarlo, previa una seria rimostranza dal governo, e sotto vigilanza” (Archivio di Stato di Torino, Alta Polizia, Deliberazioni della Commissione Superiore di Scrutinio)*.

* Su concessione del Ministero dei Beni e le Attività Culturali. è vietata ogni ulteriore riproduzione con qualsiasi mezzo.

fu al centro di grande interesse sia in Italia che all’estero, nel 1822 vide soppressa la sua cattedra di Fisica soprattutto in Inghilterra, dove Faraday, entusiasta delle idee sublime alla Università di Torino (soltanto nel 1834 del fisico italiano, fece verificare l’attendibilità dei calcoli dal poté ritornare all’insegnamento); suo grande amico (filosofo, con vaste conoscenze scientifiche) • Ottaviano Fabrizio Mossotti, che nel 1823, quando era William Whewell [8]. a Milano, come Primo allievo alla Specola di Brera, per sospette frequentazioni sovversive fu costretto a un lungo periodo di esilio (prima a Londra, poi a Buenos 2 Fisici patrioti Aires e infine a Corfù) [10]; • Giuseppe Domenico Botto, che nel 1828, per via del Elencati per sommi capi i contributi scientifici più suo passato coinvolgimento nei moti di Alessandria, importanti dati dai fisici italiani alla Fisica dell’Ottocento, subì un’indagine prima della conferma alla cattedra di passiamo ora ad analizzare quali sono stati i fisici Fisica sperimentale all’Università di Torino [11]; maggiormente coinvolti nelle vicende risorgimentali, e quale • Da segnalare, infine, come particolarmente significativa è stato il loro contributo. la situazione dell’Astronomo reale del Regno di Un dato subito emerso è che i fisici più famosi a livello Sardegna Giovanni Plana (1781–1864), di riconosciuta internazionale hanno tutti contribuito, seppur in modi e in fama internazionale, che, pur palesando un evidente tempi diversi, al Risorgimento, pagando, in molti casi, il loro appoggio alle istanze risorgimentali, non subì alcuna impegno politico con l’allontanamento dall’insegnamento, seria conseguenza a livello accademico proprio in virtù o addirittura con l’esilio. Questo fenomeno ha riguardato della sua autorevolezza scientifica (fig. 2) [12]; pressoché tutte le più importanti università italiane. Dopo i moti del 1830–31 fu invece la volta di: Ricordiamo ad esempio, dopo i moti del 1821: • Macedonio Melloni, che nel novembre 1830 fu • Amedeo Avogadro, che, per aver manifestato scarso destituito dalla cattedra di Fisica teorico-sperimentale “attaccamento” al governo del Regno di Sardegna [9], dell’Università di Parma per aver incitato gli studenti

vol27 / no3-4 / anno2011 > 33 percorsi

alla rivolta, e che nel marzo 1831 fu costretto all’esilio partecipazione alle cinque giornate di Milano, fu esule all’estero (Ginevra e Parigi) per aver fatto parte del in Canton Ticino [18]; Governo provvisorio [13]; • Gilberto Govi (1826–1889) (poi Professore di Fisica • Leopoldo Nobili, che nel 1831, a causa della sua Sperimentale all’Università di Torino), che, dopo aver partecipazione ai moti di Modena, fu costretto a fatto parte del Governo provvisorio veneto e aver emigrare dal Ducato di Modena e trasferirsi a Firenze, combattuto nella battaglia di Sorio contro gli Austriaci, presso l’“I. R. Museo di Fisica e Storia Naturale”, dove poi riparò, esule, in Francia [19]. ricoprì la cattedra di Fisica; • Ricordiamo infine la partecipazione alla prima Guerra • Francesco Orioli (1785–1856), professore di Fisica d’Indipendenza di alcuni “fisici toscani” (vedi sezione Sperimentale all’Università di Bologna, che nell’aprile 4), che comunque non ebbe alcuna conseguenza sulle del 1831, dopo una breve esperienza quale Ministro loro carriere accademiche, data la nota posizione di della Pubblica Istruzione nello “Stato delle Province sostegno espressa inizialmente dal Granduca Leopoldo Unite” (sorto con la sommossa popolare di Bologna nel II di Toscana. 1831), fu costretto all’esilio a Parigi; Come è evidente da quanto detto, a partire dal 1830, a • Giovanni Battista Amici, “Professore referente seguito dei coinvolgimenti politici, si assiste allo spostamento al Ministro sui progressi delle Scienze fisiche e di alcuni fisici da uno Stato ad un altro della Penisola, in matematiche” presso il Ducato di Modena, che alla particolare, verso la Toscana (Firenze e Pisa), al riparo del fine del 1831, in seguito alla sua pur breve carica tollerante governo di Leopoldo II. L’altro fenomeno di grande di Prefetto della Pubblica Istruzione nel Governo rilevanza è costituito dall’emigrazione forzata all’estero. Tutti provvisorio di Modena, fu costretto a trasferirsi a questi spostamenti, pur creando gravi difficoltà personali, Firenze, dove divenne Direttore dell’Osservatorio ebbero, molto spesso, risvolti positivi sia nel rafforzamento astronomico dell’I. R. Museo di Fisica e Storia Naturale o nella creazione di Istituzioni scientifiche, sia nello sviluppo e, successivamente, Professore di Astronomia presso della Fisica stessa. l’Università di Pisa; Ad esempio, con il loro trasferimento a Firenze, dopo i moti • Silvestro Gherardi (1802–1879), che nel 1831 fu sospeso del 1831, Nobili e Amici, contribuirono in modo determinante dalla cattedra di Meccanica e Idraulica dell’Università di allo sviluppo scientifico e tecnico dell’I. R. Museo di Fisica e Bologna, per aver fatto parte del Governo provvisorio Storia Naturale, diretto dal fisico Vincenzo Antinori (1792– di questa città [14]. 1865). Altrettanto importante fu per l’Università di Pisa Infine, dopo i moti del 1848 e la prima Guerra d’Indipendenza, l’arrivo di Mossotti e Matteucci, che portò alla formazione di pagarono nuovamente una comunità di fisici di altissimo livello e all’aggregazione di un non comune centro motore patriottico. • Macedonio Melloni, che, una volta tornato dall’esilio, Riguardo all’emigrazione forzata all’estero, possiamo dire e nominato Direttore dell’Osservatorio Vesuviano di che questo nuovo stato di “esule”, o di “réfugié italien” come Napoli, fu destituito da tutte le cariche pubbliche per il veniva chiamato in Francia, in cui molti dei nostri fisici si suo coinvolgimento nei moti; morirà, pochi anni dopo, sono ritrovati, non ha impedito loro il proseguimento delle di colera, a Napoli. ricerche. Anzi, in alcuni casi, il fatto di trovarsi in un paese • Silvestro Gherardi, che, dopo l’esperienza di Ministro straniero, volutamente scelto, ha favorito il raggiungimento di della Pubblica Istruzione nella Repubblica Romana, grandi risultati. Fu questo, ad esempio, il caso di Macedonio andò esule in Piemonte [15]. Melloni (fig. 3) e dei suoi studi sul “calore radiante”. A questi si aggiunsero: Melloni, quando a seguito degli avvenimenti del 1830–31 dovette abbandonare Parma e rifugiarsi all’estero, portò • Giovanni Alessandro Majocchi (1795–1854) (Professore con sé il suo termomoltiplicatore (con il quale aveva di Liceo a Milano, e in seguito Professore all’Università appena iniziato alcuni esperimenti sulla trasmissione del di Torino), che nel 1848, per le sue attività di patriota, calore radiante) e si trasferì, dopo un periodo passato nella dovette fuggire dalla Lombardia e riparare in Piemonte cittadina francese di Dôle, a Ginevra, dove risiedeva il fisico [16]; ginevrino Pierre Prévost, famoso proprio per i suoi studi • Giovanni Codazza (1816−1877), fisico matematico, sul calore radiante. La scelta di Ginevra fu per Melloni una Professore di Geometria descrittiva all’Università di scelta formidabile. Ospitato nei Laboratori di De La Rive, Pavia, che avendo preso parte ai moti insurrezionali in presso l’Académie de Genève, e inserito nella comunità Lombardia, fu costretto all’esilio in Piemonte [17]; scientifica ginevrina, Melloni giunse nel giro di meno di • Giovanni Cantoni (1818–1897) (in seguito, Professore un anno a risultati strepitosi e per i quali diventerà famoso di Fisica all’Università di Pavia), che, a seguito della

34 < il nuovo saggiatore M. leone et al.: i fisici e il risorgimento

internazionalmente. Dopo la revoca del decreto d’esilio, nel 1837, Melloni fece rientro in Italia grazie all’interessamento di suoi influenti amici, quali il naturalista tedesco Von Humboldt, il fisico francese Arago (destinato a diventare nel 1848 primo Ministro di Francia) e l’Astronomo reale di Torino Giovanni Plana. Dopo una trattativa fallita con l’Università di Pisa, si trasferì a Napoli dove divenne Direttore del Reale Osservatorio Meteorologico Vesuviano [20]. In altri casi, l’esilio all’estero, in particolare in paesi ancora in via di sviluppo, favorì significativamente la crescita scientifica e culturale di questi stessi paesi. Ci riferiamo, in particolare, alla vicenda di Ottaviano Mossotti (fig. 4) che nel 1823, all’inizio della sua brillante carriera come astronomo presso la Specola di Brera a Milano, a seguito delle sue frequentazioni di ambienti legati alla Carboneria, fu costretto a fuggire, rifugiandosi dapprima in Svizzera e quindi a Londra. Fig. 3 Macedonio Melloni Dopo aver collaborato con i più importanti (1798–1854). (E. Capocci, Necrologia: Macedonio Melloni, Reale Tipografia astronomi, fisici e matematici inglesi (venne Militare, [s. d.]). anche nominato Socio Straniero della “Royal Astronomical Society” di Londra), nel novembre del 1827, si trasferì in Argentina, a Buenos Aires, per ricoprire la cattedra universitaria di “Fisica Esperimental”. Mossotti rimase in questo paese sette anni. A Buenos Aires fondò una scuola di Fisica, formando un valido gruppo di studenti argentini che si distingueranno, poi, nel portare avanti la Fisica in Argentina; realizzò, anche, un Osservatorio Astronomico, con annessa sezione meteorologica, nel convento (abbandonato) “de Domenicos”, dove effettuò una serie di osservazioni, pubblicate poi sui “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society of London” e sui “Comptes Rendus de l’Académie des Sciences” di Parigi. Si può dire che, con l’istituzione dell’Osservatorio Astronomico, Mossotti gettò le basi dell’Astronomia e della Meteorologia in Argentina, dimostrando la Fig. 4 Ottaviano Fabrizio Mossotti possibilità di sviluppare anche in quelle terre (1791–1863). (O.F. Mossotti, Scritti, Domus lontane, senza grandi mezzi, una valida attività Galilaeana, Pisa 1942). scientifica. Nel 1835, quando aveva ormai raggiunto una posizione di grande prestigio, di fronte all’offerta, ricevuta grazie all’interessamento di Plana, della Direzione della Pontificia Specola di Bologna, lasciò l’Argentina, alla

vol27 / no3-4 / anno2011 > 35 percorsi

volta dell’Italia. Purtroppo l’offerta non venne mantenuta. Soltanto nel 1842, dopo amare vicissitudini che lo videro ancora esule (a Corfù), Mossotti trovò finalmente una sistemazione in Italia, come Professore di Fisica dell'Università di Pisa e come tale lo ritroveremo a capo del Battaglione Universitario Toscano, nella battaglia di Curtatone e Montanara.

3 Fisici, Riunioni degli Scienziati Italiani, nuove idee unitarie (1839−1847)

Il Risorgimento dei fisici italiani non fu esclusivamente una storia di esuli o di battaglioni universitari. Almeno in parte, l’unità politica della patria fu anche costruita cercando di far nascere l’idea di una scienza nazionale, che andasse oltre i vari stati e staterelli in cui era suddivisa l’Italia. Il primo tentativo in questo senso, che vide i fisici tra i principali protagonisti, fu l’organizzazione delle nove “Riunioni degli Scienziati Italiani”, nate sull’esempio delle “Riunioni annue dei Professori e Cultori Tedeschi delle scienze naturali”. Queste Riunioni, che si tennero annualmente tra il 1839 e il 1847 in città diverse, scelte nei principali Stati Italiani (ad eccezione dello Stato Pontificio, apertamente ostile all’iniziativa), ebbero tra i grandi meriti, quello di dare “un contributo positivo alla creazione di un sentire comune ed alla soppressione di sorpassati sentimenti Fig. 5 Certificato per passaporto richiesto da Carlo Matteucci in occasione della Riunione degli Scienziati Italiani di Napoli (1845) campanilistici” [21]. (Archivio di Stato di Napoli)*. Ideatore e promotore delle Riunioni fu il naturalista Carlo Luciano Bonaparte, * Su concessione del Ministero dei Beni e le Attività Culturali. è vietata ogni ulteriore riproduzione con qualsiasi mezzo. Autorizzazione n. 12/2011. Principe di Canino e di Musignano e nipote di Napoleone, che, nell’ottobre del 1838, con l’appoggio di Amici e di Antinori, ottenne dal Granduca Leopoldo II di Toscana l’autorizzazione ad organizzare una prima “Riunione” a Pisa nel 1839 [22]. Le Riunioni successive si tennero rispettivamente a Torino, Firenze, Padova, Lucca, Milano, Napoli, Genova e Venezia e la loro organizzazione venne affidata di anno in anno a comitati locali [23]. Le Riunioni, che a tutti gli effetti furono i primi congressi scientifici d’Italia, e a cui erano invitati, oltre che i professori universitari, anche

36 < il nuovo saggiatore M. leone et al.: i fisici e il risorgimento

i “cultori delle scienze matematiche e naturali, ufficiali civili che possano dar lume alla spiegazione de’ fenomeni o militari del Genio, ingegneri delle miniere e membri delle meteorologici”, propose di stabilire “in vari punti della nostra principali società scientifiche italiane”, ebbero un’adesione penisola un piano di osservazioni contemporanee, fatte con veramente massiccia (ad esempio, 421 iscritti a Pisa, istrumenti comparabili e descritte con un linguaggio comune, 1666 a Napoli, 1300 a Venezia). Grazie alla partecipazione affinché i risultamenti possano più facilmente sottoporsi a di pressoché tutti i principali fisici italiani dell’epoca calcolo, riuniti che siano in un posto centrale” [26]. Questo (fig. 5), queste riunioni rappresentarono la prima occasione posto centrale doveva essere l’I. R. Museo di Fisica e storia importante per pensare alla Fisica su scala nazionale. Di naturale di Firenze, diretto dallo stesso Antinori, il quale, alla questo spirito nuovo testimoniano, ad esempio, i seguenti Riunione di Padova del 1842, propose anche la formazione progetti, discussi durante le sezioni di Fisica. di una commissione, rappresentativa di tutti gli Stati italiani, incaricata di redigere il “piano d’osservazioni di Fisica terrestre ed atmosferica” [27]. Ancora non si era fatta l’Italia ma, grazie 3.1 Progetto di un nuovo “Corso di Studi” alle Riunioni, e ad Antinori, era nato un primo “Archivio Alla Riunione di Firenze del 1841, Orioli, a quel tempo esule meteorologico centrale italiano”, così come verrà illustrato a a Corfù, denunciava l’“imperfezione” degli “attuali trattati di Milano nel 1844 [28]. Fisica”, riscontrando in essi “errori che sarebbe ormai tempo di correggere” e proponeva la stesura di un nuovo testo, da rendere disponibile a tutti, esortando “i Professori delle fisiche 3.3 Giornali e Accademie: prove di unità (scientifica) discipline a fare opera comune, e ad unire i loro sforzi per Il progetto di creare un’Italia unita, almeno culturalmente e venire a capo d’una cosa di tanto conto” [24]. Alla Riunione scientificamente, venne affrontato durante le Riunioni anche di Genova del 1846, sempre Orioli sollevava il problema che in riferimento al problema delle Riviste e delle Accademie anche l’insegnamento della Fisica doveva essere modificato scientifiche. La frammentazione istituzionale dell’Italia e aggiornato. Da questa esigenza di costruire un nuovo Corso dell’epoca si rifletteva, infatti, in una frammentazione di Studi, unita alla “necessità di coordinare un testo di Fisica”, culturale che aveva come effetto finale l’assenza sia di un Orioli proponeva che venisse istituita una commissione agile canale di pubblicazione di memorie di Fisica e di con l’obiettivo ambizioso di “rifare l’edifizio delle fisiche altre scienze naturali, che andasse oltre i confini dei vari cognizioni”, costruendo così un punto di partenza comune Stati d’Italia, sia di un’Accademia delle Scienze “Nazionale”, per tutti i fisici italiani. Nella seduta del 23 settembre, comparabile a quelle esistenti in Francia o in Germania. il Presidente della sezione di Fisica (Amici ) comunicava la Per quanto riguarda il problema degli articoli scientifici, composizione della Commissione (Presidente Orioli): questi trovavano spazio in Italia essenzialmente all’interno “Regno di Napoli: Melloni e Palmieri; Stati Romani: Gherardi e degli Atti o delle Memorie, a periodicità solitamente annuale, Pianciani; Stati di Toscana: Mossotti, Matteucci, Amici, Antinori delle varie Accademie e Istituti Scientifici esistenti nei vari e Luigi Pacinotti; Stati Estensi: Marianini; Stati di Parma: Stati (Accademie delle Scienze di Torino e Napoli, I. R. Istituto Cassiani; Stati Sardi: Botto e Bancalari; Regno Lombardo- Lombardo di Scienze, Lettere ed Arti, I. R. Istituto Veneto Veneto: Belli, Perego, Majocchi, Magrini, Zantedeschi e di Scienze, Lettere ed Arti, Società Italiana delle Scienze di Bellani” [25]. Modena), oppure all’interno di altre pubblicazioni annuali La Commissione prescelta non ebbe un seguito, tuttavia quali la Biblioteca Italiana o gli Annali delle scienze del Regno la sua composizione era illuminante, poiché presupponeva Lombardo-Veneto. l’irrilevanza delle barriere tra gli Stati e, addirittura, andava Una simile situazione non era certamente soddisfacente al di là della stessa geografia delle Riunioni, contemplando dal punto di vista dei fisici dell’epoca, e, non a caso, proprio anche fisici dello Stato pontificio. In breve, la Commissione all’interno delle Riunioni, nelle sezioni di Fisica, si cercò Orioli assomigliava curiosamente a un “Parlamento una nuova soluzione. Alla Riunione di Torino (1840), Botto scientifico” da Italia unita. sottolineò la “convenienza della compilazione di un giornale mensile ove si raccolgano i progressi delle scienze”, tra i 3.2 Un piano nazionale per la Fisica Terrestre quali quelli della Fisica, raggiunti in Italia, e, proprio nella Il tema del superamento dei confini tra gli Stati d’Italia stessa adunanza, Majocchi annunciava la pubblicazione di era particolarmente sentito, soprattutto, tra i fisici che si un giornale “concorrente allo stesso fine”, dal titolo “Annali occupavano di Meteorologia. Alla Riunione di Pisa, Antinori, di chimica, fisica e matematica” [29]. Alla Riunione di “profittando […] della favorevole occasione in cui sono riuniti Firenze dell’anno successivo lo stesso Majocchi comunicava per la prima volta in Pisa gli scienziati italiani”, e facendo leva il proposito di voler pubblicare specialmente “i lavori degli sulla “mancanza totale di esatte e comparabili osservazioni scienziati italiani” [30]. Il progetto di Majocchi, tuttavia, non

vol27 / no3-4 / anno2011 > 37 percorsi

si rivelò una soluzione duratura, in quanto i suoi Annali all’anno 1848, e anche i fisici italiani imbracciarono le armi. interruppero le pubblicazioni nel 1845. Nel frattempo era Non era, per essere precisi, la prima volta che succedeva. però sorta, per interessamento dell’editore pisano Vannucchi, Già nel 1831, l’esplosione dei moti in Emilia Romagna una Rivista destinata a maggior fortuna. Nel 1844, infatti, aveva visto Gherardi nominato colonnello della legione Matteucci e il chimico Raffaele Piria riuscirono a ottenere la studentesca, denominata Pallade. Uno degli artefici pubblicazione del mensile “Il Cimento, Giornale di Chimica, dell’iniziativa era un suo collega di Fisica sperimentale, assai Fisica e Storia Naturale”, che uscì fino al 1847 per riprendere popolare tra gli studenti bolognesi, nonché membro del definitivamente le pubblicazioni nel 1855, col titolo di “Il Governo provvisorio, il già citato Orioli. Nel breve periodo Nuovo Cimento”. L’elenco degli autori del primo volume precedente alla caduta del Governo provvisorio, la legione della nuova rivista, che comprendeva tra gli altri fisici Pallade riuscì anche nell’impresa di riprendere il controllo di del Granducato, del Regno delle due Sicilie, del Regno di una cittadina, Argenta, che era stata ricondotta sotto l’ordine Sardegna, del Lombardo-Veneto, dello Stato pontificio e pontificio [33]. L’esperienza dei battaglioni universitari, in del Ducato di Modena, dimostrava che il desiderio espresso particolare di quello toscano, e il ruolo centrale che in essi nelle Riunioni di avere un “mensile” per gli “scienziati italiani”, ebbero i fisici, furono però particolarmente significativi in e in particolare per i fisici, si era trasformato in realtà (di occasione dei moti del 1848. fatto, la nuova rivista si trasformerà gradualmente in una Con decreto del Granduca di Toscana, a partire da un pubblicazione esclusivamente di Fisica, tanto da diventare nucleo di volontari appartenenti alle Università di Siena e di nel 1897 organo della Società Italiana di Fisica fondata nello Pisa e all’Accademia complementare di Santa Maria Nuova, stesso anno). venne fondata una Guardia Universitaria nella quale “gli Riguardo al problema delle Accademie in Italia, studenti erano soldati ed i professori ufficiali” [34]. Il 9 marzo caratterizzate da una natura essenzialmente “provinciale”, 1848 questa Guardia, forte di 308 uomini, si costituì a Pietra e da una evidente debolezza scientifica, oltre che da una Santa in 6 compagnie, “di cui 2 di senesi e 4 di pisani”, e prese scarsa visibilità internazionale, poco dopo la fine della il nome di Battaglione Universitario Toscano. Comandante Riunione di Venezia del 1847 emerse la proposta di istituire del Battaglione era il non più giovane Mossotti (all’epoca un’unica e qualificata Accademia Nazionale delle Scienze, cinquasettenne). Oltre a Mossotti, facevano parte del che fosse competitiva con le maggiori Accademie Europee. battaglione universitario anche Luigi Pacinotti (1807–1891), Autore di questa proposta fu Matteucci, che suggerì di fisico, e padre del più famoso Antonio, col grado di Capitano, trasformare le Accademie scientifiche sparse nei vari Stati e Riccardo Felici1 (1819–1902), brillante allievo di Mossotti, Italiani in sezioni locali della citata Società Italiana delle col grado di Tenente. Matteucci era invece Commissario Scienze, con sede in Modena [31]. Questa Società, che si civile al seguito dei volontari pisani. Il 22 marzo del 1848 trasformerà poi nell’“Accademia dei XL”, sembrava infatti il Battaglione, con alla testa Mossotti, usciva dal cortile essere la migliore approssimazione di un’Accademia del Palazzo della Sapienza, sede dell’Università di Pisa, e si Nazionale, e nel progetto di Matteucci avrebbe dovuto quindi dirigeva verso i campi di battaglia in Lombardia. A Reggio trasformarsi in un organismo nazionale che, previa modifica Emilia arrivava l’ordine granducale di ritornare in Toscana. I dello statuto, si sarebbe anche dovuto occupare della diretta volontari rifiutarono di ripiegare e si congiunsero ai regolari organizzazione delle Riunioni degli Scienziati Italiani. Inviato piemontesi, e così il mattino del 29 maggio il Battaglione alla Società Italiana delle Scienze di Modena, questo progetto partecipò ad un’azione militare presso il ponte di Curtatone. trovò la determinata opposizione del Presidente (il fisico Come riferito da Mossotti nel suo rapporto al Conte Stefano Marianini), il quale nel chiaro proposito di affossarlo, De Laugier, Generale comandante delle truppe toscane, non rispose a Matteucci e non informò i soci circa le proposte sebbene “tutti intrepidamente pugnarono”, il Battaglione, “per contenute nel progetto stesso. Quelle che Matteucci definiva la grande superiorità di forze del nemico”, subì gravi perdite e le “piccole glorie provinciali” ancora una volta, e per molto ricevette l’ordine di ritirarsi su Goito [35]. L’esito, sanguinoso, tempo ancora, non riuscirono a essere superate dell’azione è riportato nello schema contenuto nel rapporto di Mossotti (fig. 6). Comunque, la coraggiosa resistenza del corpo di 4 Fisici alla guerra (1848−1859) spedizione toscano consentì all’esercito piemontese di riorganizzarsi e di uscire vittorioso nella battaglia del giorno Trascorso qualche mese dall’ultima Riunione di Venezia, caratterizzata da un’atmosfera “già percorsa dai fremiti 1 rivoluzionari ed unitari del Risorgimento” [32], si giunse Riccardo Felici era proprietario della rivista Il Nuovo Cimento, donata poi alla Società Italiana di Fisica all'atto della sua costituzione.

38 < il nuovo saggiatore M. leone et al.: i fisici e il risorgimento

successivo, a Goito. Mossotti, “per aver guidato spontaneo ove maggiore era il bisogno e il pericolo” veniva insignito il 28 giugno 1848 della Medaglia d’Onore in Argento. Ancora nel 1856, Mazzini, nel suo messaggio ai giovani delle università d’Italia chiedeva loro, “Fratelli dei giovani che rappresentarono sì nobilmente le università toscane sui campi di Curtatone e di Montanara, ripetete fra voi tuttora, come una sacra parola di riscossa, i nomi di quei che caddero?” [36]. Il Battaglione Universitario Toscano Fig. 6 Tabella allegata al rapporto di Mossotti al generale rappresentò senz’altro l’esperienza più comandante De Laugier, al termine della battaglia di Curtatone e Montanara (Racconto storico della giornata campale pugnata significativa in materia di partecipazione il 29 maggio 1848 a Montanara e Curtatone in Lombardia diretta ad azioni militari da parte di fisici dettato da un testimone oculare, Stamperia Granducale, nel Risorgimento. Non fu, tuttavia, l’unica Firenze, 1854, p. 113) (Pisa, Biblioteca Universitaria)*. esperienza di questo genere. L’8 aprile 1848, ad esempio, fu istituito il Battaglione Universitario * su concessione del Ministero dei Beni e le Attività Culturali. è vietata ogni ulteriore riproduzione con qualsiasi mezzo. Bolognese, comandato da Gherardi, che in seguito affrontò le truppe austriache che avanzavano su Bologna [37]. L’anno successivo, con decreto del 3 febbraio 1849, fu invece istituito il Battaglione Universitario Romano, in difesa della Repubblica Romana (fig. 7). Da segnalare che, proprio in quei tumultuosi frangenti, Ministro della Pubblica Istruzione della Repubblica era lo stesso Gherardi. Meritevole di segnalazione, infine, l’iniziativa di Melloni, che nel 1848, come riportato in un fascicolo della Polizia borbonica, propose nel “Consiglio di Pubblica Istruzione […] l’ordinamento d’un battaglione universitario che avrebbe avuto per destino la guerra in Lombardia” (fig. 8) [38]. Nel decennio 1849–1859, successivo alla conclusione dei moti e della Prima Guerra d’Indipendenza, furono poste le basi per una soluzione della questione italiana basata sull’alleanza tra Regno di Sardegna e Francia. Si giunse così, nell’aprile del 1859 allo scoppio della Seconda Guerra d’Indipendenza che vide i franco-piemontesi schierati contro gli austriaci. Anche a tale conflitto parteciparono alcuni fisici, sebbene in numero minore che in Fig. 7 Decreto 2 maggio 1849 del triumvirato Armellini- precedenza, quali Antonio Pacinotti e Gilberto Mazzini-Saffi della Repubblica Romana con cui si aboliscono Govi. le tasse universitarie, definite “vera multa messa sull’ingegno” Limitandoci al contributo di Pacinotti, egli (Congregazione degli Studi, Archivio di Stato di Roma)*. interruppe gli studi a Pisa e partecipò come * Su concessione del Ministero dei Beni e le Attività Culturali. sergente volontario alla battaglia di Solferino Autorizzazione n. ASR 39 (2011). è vietata ogni ulteriore riproduzione con e San Martino nei pressi di Goito. Secondo qualsiasi mezzo.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 39 percorsi

quanto da lui stesso raccontato in seguito, anche in queste circostanze ebbe modo di riflettere sulla sua macchina dinamo-elettrica. “Seduto sopra un ciglio vicino ai fasci d’armi a Goito in una notte [fra] il 5 e il 6 luglio 1859”, scrisse Pacinotti, “pensai alla convenienza dei denti del nucleo di ferro fra i rocchetti dell’anello”, precisando che “nella notte stessa non avemmo battaglia, ma soltanto avemmo un falso allarme” [39]. Negli anni 1859–60, che seguirono alle vicende della Seconda Guerra d’Indipendenza, la costruzione dell’unità d’Italia procedette spedita, anche attraverso l’intenso lavorio diplomatico a cui parteciparono alcuni fisici. Tra questi, segnaliamo, Gherardi, che nel 1859, fu inviato a trattare sia con Napoleone III, affinché non ostacolasse l’annessione della Romagna al Piemonte, sia con Vittorio Emanuele II affinché accettasse il plebiscito di annessione delle popolazioni romagnole, e Matteucci, inviato anch’egli a trattare con Napoleone III da Bettino Ricasoli, Ministro dell’Interno del Governo provvisorio toscano.

5 Fisici in Parlamento (1860-1861)

Il 17 marzo del 1861 veniva proclamato il Regno d’Italia. Del Senato del Regno fecero Fig. 8 Memorandum della polizia borbonica relativo alla condotta dei parte, tra gli altri, Plana (gia Senatore nel docenti della R. Università di Napoli. La figura di Melloni, all’epoca Direttore Regno di Sardegna dal 13 aprile 1848), lo dell’Osservatorio Meteorologico, viene così tratteggiata: “Cattivo. Notabilità europea di ultraliberalismo, amico intimo e corrispondente de’ più famosi radicali, stesso Matteucci (18 marzo 1860) e Mossotti e cospiratori contemporanei; egli, nelle ultime sovversioni del Regno, comunque (20 gennaio 1861). Alla camera dei Deputati, non abbia trasmodato in atti di manifesta fellonia, pure fece parte del Circolo il 9 aprile 1860 venne nominato Gherardi Costituzionale, propugnò e diffuse i principi della Giovine Italia, fece proposta nel [40]. Tra le varie attività svolte da Plana nel Consiglio di Pubblica Istruzione per l’ordinamento di un Battaglione Universitario, che avrebbe avuto per destino la guerra di Lombardia; proposta per altro che suo lungo periodo al Senato segnaliamo, ad venne respinta dalla maggioranza di quel consesso” (Archivio di Stato di Napoli, esempio, la presentazione del suo progetto b. 291 XI)*. (approvato poi nel maggio 1851) relativo

*Su concessione del Ministero dei Beni e le Attività Culturali. è vietata ogni ulteriore all’istituzione di una linea telegrafica tra Torino riproduzione con qualsiasi mezzo. Autorizzazione n. 12/2011. e Genova (il primo telegrafo elettromagnetico risaliva a quattro anni prima, sulla linea Pisa- Livorno, ed era stato progettato da Matteucci) [41]. La presenza di fisici nelle istituzioni non si limitò tuttavia al Senato e alla Camera, ma arrivò anche al Governo, nella persona di Matteucci. Già il 5 giugno 1861, Matteucci aveva presentato un “progetto di legge per il riordinamento dell’istruzione superiore” che attribuiva al Governo ogni competenza in materia e prevedeva un accentramento

40 < il nuovo saggiatore M. leone et al.: i fisici e il risorgimento

di investimenti in poche grandi università, a scapito delle faceva parte un astronomo destinato a lasciare una traccia “imperfette” università minori, con l’obiettivo di creare indelebile nella storia della Spettroscopia stellare, Angelo “pochi e completi centri d’istruzione superiore, nei quali sin Secchi (1818-1878). Comunque, esule negli Stati Uniti, d’ora o in progresso di tempo […] siano raccolti i migliori al mutare della situazione politica, l’astronomo gesuita elementi, cioè gli insegnanti più celebri, le collezioni più poté tornare in Italia e assumere la carica di Direttore ricche, le dotazioni annuali più ampie” [42]. Il 31 marzo 1862, dell’Osservatorio del Collegio Romano. Riguardo a questa Matteucci fu nominato Ministro della Pubblica Istruzione vicenda è significativo quanto scrisse il Cardinale e astronomo nel primo governo Rattazzi (che seguiva al governo Cavour Pietro Maffi: “forse senza l’esilio il padre Secchi non sarebbe e a quello Ricasoli). Oltre ad alcuni provvedimenti quali stato il padre Secchi” [43]. l’istituzione del Politecnico di Milano e il riordino della Scuola E anche questo fu il Risorgimento. Normale Superiore di Pisa, il 14 settembre dello stesso anno Matteucci emanò per Regio Decreto un regolamento generale sull’università che prevedeva la suddivisione Ringraziamenti delle università in due categorie (di Primo e di Secondo grado), e un trattamento economico differenziato per le Ringraziamo il Presidente della SIF, Prof. Luisa Cifarelli, per due categorie. Le università di Primo grado (sei in tutto: averci invitato a scrivere un articolo su questo interessante e Torino, Pavia, Bologna, Pisa, Napoli, Palermo) erano le sole poco conosciuto argomento, e il Prof. Francesco Guerra per alle quali veniva riconosciuto il diritto di attribuire il titolo gli utili suggerimenti. di laurea agli studenti. L’8 dicembre 1862, tuttavia, cadeva il governo Rattazzi, e gran parte della riforma veniva vanificata dai governi successivi. La presenza dei fisici nelle istituzioni non finì, comunque, con l’Unità d’Italia ma proseguì negli Bibliografia anni successivi: basti ricordare, a titolo di esempio, i Senatori Pietro Blaserna, Antonio Garbasso e Orso Mario Corbino, [1] C. Matteucci, lettera a Faraday, 6 giugno 1848, citata in N. Bianchi, quest’ultimo anche, per alcuni anni, Ministro della Pubblica “Carlo Matteucci e l’Italia del suo tempo” (Bocca, Torino) 1874, p. 156. Istruzione e Ministro dell’Economia. [2] R. Taylor (curatore), “Scientific Memoirs, selected from the Transactions of Foreign Academies of Science and Learned Societies”, vol. 5 (Johnson Reprint Co., New York and London) 1966, pp.1837- 6 Conclusioni 1852. [3] N. Bianchi, cit., p. 89. [4] G. Grassi, “Antonio Pacinotti. Commemorazione”, Nuovo Cimento, 5 La panoramica sino a qui presentata, se ovviamente non (1913), 149. esaurisce il tema del rapporto tra fisici e Risorgimento, [5] O. F. Mossotti, “Discussione analitica sull’influenza che l’azione di un dovrebbe però essere sufficiente, quanto meno, a mezzo dielettrico ha sulla distribuzione dell’elettricità alla superficie di più corpi elettrici disseminati in esso”, Memorie della Società trasmetterne lo spirito. Due sono le conclusioni principali che Italiana delle Scienze 34, no. 2 (1850) 49. emergono. La prima è che la storia del Risorgimento sarebbe [6] A. de la Rive, “La thermochrose ou la coloration calorifique par incompleta senza un’adeguata considerazione dei contributi Macedonio Melloni”, Archives de Sciences Physiques et Naturelles, 14 (1850) 178. che i fisici, e più in generale gli scienziati, diedero sia come [7] P. Salet, “Spectroscopie astronomique” (Doin, Paris) 1909, p. 41. singoli, sia come collettività alle vicende risorgimentali. Come [8] M. Faraday, lettera a W. Whewell, 13 dicembre 1836, Trinity College si è visto questi contributi andavano dalla partecipazione Library, Trinity College, Cambridge; trascritta in: L. Pearce Williams alla vita politica e istituzionale fino al tentativo di far nascere (curatore), “The selected correspondence of Michael Faraday”, Vol. 1, 1812–1848 (Cambridge University Press, Cambridge) 1971, un’Italia unita dal punto di vista culturale. pp. 306-307. Un’altra conclusione che possiamo trarre è che una [9] “Estratto da note della giunta di Scrutinio di Torino, relative a storia della Fisica nell’Italia dell’Ottocento, non sarebbe Professori, dottori di Collegii ed altri impiegati nella Regia Università, totalmente comprensibile se si prescindesse dalle vicende del e nel Collegio delle Provincie, ed alla condotta da medesimi tenuta ne politici rivolgimenti del 1821”, Archivio di Stato di Torino, Alta Risorgimento. Infatti solo andando a studiare le vicissitudini Polizia, Deliberazioni della Commissione Superiore di Scrutinio. risorgimentali si riescono a mettere in piena luce fatti come [10] J. M. Gutiérrez, “Noticias Históricas sobre el oríjen y desarrollo de la il grande sviluppo scientifico dell’Università di Pisa o i grandi enseñanza pública superior en Buenos Aires” (J. M. Cantilo, Buenos Aires) 1868. risultati ottenuti da alcuni nostri fisici. [11] Archivio di Stato di Torino, Sez. 1, Istruzione Pubblica, Regia Un’ultima considerazione, forse doverosa, riguarda quella Università di Torino, m. 6, anno 1828. Si veda in particolare la che fu una zona d’ombra del Risorgimento dal punto di lettera di Barbaroux (Regia Segreteria di Gabinetto) del 21 giugno vista della Fisica. Come è noto, nel 1848 la Repubblica 1828 alla Segreteria di Stato – Interni con la quale si ufficializza la nomina di Botto a professore di Fisica sperimentale dopo gli Romana espulse la Compagnia dei Padri Gesuiti, della quale “schiarimenti trasmessi da S. E. il Marchese Brignole”.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 41 percorsi

[12] “Estratto da note della giunta di Scrutinio”, cit. Archivio di Stato di [28] “Atti della sesta riunione degli scienziati italiani” (Pirola, Milano) Torino. 1845, p. 509. [13] A. Dal Prato, “Macedonio Melloni nei moti del 1831 in Parma” [29] “Atti della seconda riunione degli scienziati italiani” (Cassone e (Donati, Parma) 1909. Si veda anche M. Melloni, lettera a Prèvost, Marzorati, Torino) 1841, pp. 1-2. 25 febbraio 1831, citata in M. Melloni, “Carteggio (1819–1854)”, a [30] “Atti Firenze”, cit., p. 235. cura di E. Schettino (Olschki, Firenze) 1994. [31] C. Matteucci, “Sulla Società Italiana delle Scienze residente in [14] G. Basso, “Cenni biografici su Silvestro Gherardi”, Atti R. Acc. Scienze Modena”, in Marini Bettolo e Capasso, cit., p. 108. Torino, 15 (1879–80) 369; G. Ferreri, “Silvestro Gherardi fisico [32] Marini Bettolo e Capasso, cit., p. 101. e matematico”, Rivista di Storia Critica delle Scienze Mediche e [33] L. Pepe (curatore), “Universitari Italiani nel Risorgimento”, (Clueb, Naturali, 13 (1922) 10. Bologna) 2002, pp. 48-49. [15] Lettera di A. Saffi (a nome del triumvirato Mazzini - Saffi - [34] V. Adami, “Notizie e documenti sugli istituti di educazione militare Armellini) a S. Gherardi, 7 aprile 1849, fascicolo Gherardi, negli antichi stati italiani”, Rassegna storica del Risorgimento, 22 Congregazione degli Studi, Archivio di Stato di Roma. (1935) 929. [16] G. A. Majocchi, lettera al Conte Petitti di Roreto (senatore del [35] O. F. Mossotti, “N. XVIII. Rapporti spediti dai diversi corpi combattenti Regno di Sardegna), 28 agosto 1848, libreria antiquaria, Lim nel giorno 29 maggio 1848, al Generale comandante”, Racconto Antiqua, Lucca. storico della giornata campale pugnata il 29 maggio 1848 a [17] Si rimanda a Atti R. Acc. Scienze Torino, 13 (1877-78) 25. Montanara e Curtatone in Lombardia dettato da un testimone [18] Si rimanda a O. Murani, “Commemorazione del sen. prof. Giovanni oculare (Stamperia Granducale, Firenze) 1854, pp. 112-113. Cantoni”, Rend. R. Istituto Lombardo Scienze e Lettere, 32 (1899) 57. [36] G. Mazzini, “Ai giovani delle Università d’Italia”, a cura di L. Pepe, cit., [19] G. Basso, “In commemorazione di Gilberto Govi”, Atti R. Acc. Scienze p. 235. Torino, 25 (1889-90) 10. [37] “Capitano Giovanni Ferri e altri membri della Compagnia Mobile [20] “Atti della settima riunione degli scienziati italiani” (Fibreno, Napoli) universitaria”, lettera a S. Gherardi, 28 aprile 1848, Archivio 1846, p.1096. Generale Arcivescovile di Bologna. [21] F. Bartoccini e S. Verdini, “Sui Congressi degli Scienziati” (Edizioni [38] Si veda il fascicolo della polizia borbonica presso l’Archivio di Stato dell’Ateneo, Roma) 1952, p. 12. di Napoli (b. 291 XI). [22] Lettera di invito alla Riunione di Pisa, 13 agosto 1839, Archivio [39] M. Rosi (curatore), “Dizionario del Risorgimento Nazionale: dalle dell’Accademia Nazionale delle Scienze detta dei XL, Roma. origini a Roma capitale”, Vol. 3 (Le persone: E-Q) (Vallardi, Milano) [23] G. B. Marini Bettolo e R. Capasso, “Gli scienziati italiani e le loro 1933, p. 736. riunioni 1839–1847” (Accademia Nazionale delle Scienze detta dei [40] “Atti del Parlamento Italiano. Sessione del 1860. Discussioni della XL, Roma) 1991, p. 34. Camera dei Deputati” (Botta, Torino) 1860, p. 70. [24] “Atti della terza riunione degli scienziati italiani” (Galileiana, [41] “Atti del Parlamento Subalpino. Sessione del 1851 (IV Legislatura)”, Firenze) 1842, p. 221. Vol. IX (Botta, Firenze) 1866, pp. 658-659. [25] “Atti dell’ottava riunione degli scienziati italiani” (Ferrando, [42] C. Matteucci, “Progetto di legge per il riordinamento dell’istruzione Genova) 1847, pp. 247–282. superiore”, Rivista Contemporanea, 26 (1861) 120. [26] “Atti della prima riunione degli scienziati italiani” (Nistri, Pisa) 1840, [43] Card. Pietro Maffi, “Il P. Angelo Secchi, Commemorazione tenuta nel pp. 30-31. teatro municipale di Reggio Emilia il 21 luglio 1918” (Società Editrice [27] “Atti della quarta riunione degli scienziati italiani” (Tip. Del “Vita e Pensiero”, Milano) 1918, p. 12. Seminario, Padova) 1843, pp. 438-439.

Matteo Leone Alessandro Paoletti Nadia Robotti Matteo Leone è collaboratore di ricerca presso il Alessandro Paoletti è curatore del Museo Nadia Robotti è Professore Ordinario di Storia Dipartimento di Fisica dell’Università di Genova. "Giovanni Boato" del Dipartimento di Fisica della Fisica presso il Dipartimento di Fisica La sua attività si svolge prevalentemente sulla dell’Università di Genova. è attivamente dell’Università di Genova. I suoi interessi di Storia della Spettroscopia, della Fisica atomica coinvolto nel recupero e nella valorizzazione ricerca riguardano la Storia della Fisica atomica, e della Fisica nucleare. Nel 1997 ha avuto il degli strumenti scientifici antichi presso le della Meccanica quantistica e della Fisica premio dell’Accademia Nazionale delle Scienze scuole e le altre istituzioni culturali della Liguria. nucleare. Nel 2008 le è stato conferito il premio detta dei XL per la miglior tesi di laurea in Storia Si è occupato anche di ricerche sulla storia della della SIF per la Storia della Fisica. è membro della Fisica moderna e contemporanea, e nel strumentazione scientifica dell'Ottocento. dell’Académie Internationale d’Histoire des 2002 ha avuto il premio della SIF per la miglior Sciences. comunicazione di Fisica generale, didattica e storia della fisica.

42 < il nuovo saggiatore vol27 / no3-4 / anno2011 > 43 programma generale programma generale il nostro mondo

The Design, Construction and Performance of the CERN Intersecting Storage Rings (ISR) A recollection of world’s first proton-proton collider

Kurt HÜbner CERN, Geneva, Switzerland

1 Design which had a beam energy of 160 MeV. The interaction points to increase the collision rate The concept of colliding beams appeared design of these colliders started in 1957. but without special lattice insertions as one first in a German patent by Rolf Widerøe In 1961, the Accelerator Research Group would use these days. registered in 1943 and published in 1952. Division was expanded into the Accelerator Combined-function magnets were chosen However, at that time the intensity of beams Division as experienced manpower had as in the PS, i.e. the main magnets had a was too low for an exploitable collision rate as become available after the running-in of the magnetic dipole field to bend the beam and a beam accumulation had not yet been invented. PS in 1960. At the same time it was decided quadrupole field to focus the beam. This type The first ideas of a realistic design were to construct a small accelerator to test rf of magnet provided space for the elaborate published in 1956 by Gerard O’Neill and by the stacking, a technique to be experimentally pole-face windings foreseen to control the MURA Group lead by Donald Kerst in the USA. proven, as it was essential for the performance magnetic field to a very high precision. It also MURA had come up with beam accumulation and success of the ISR. This CERN Electron guaranteed good access to the demanding in longitudinal phase space by radio-frequency Storage and Accumulation Ring (CESAR) was vacuum system. The ISR circumference was (rf) stacking and O’Neill proposed rings of the ready in 1964 and demonstrated rf stacking 942.64 m, 1.5 times the circumference of the synchrotron type, first two tangential rings to the satisfaction of the team. This came in PS. Eight crossing points were foreseen with and then intersecting rings, a topology later time for the ISR Design Report presented in one reserved for the beam dumping (I3). The adopted for the ISR to increase the number of 1964. The CERN Council approved the ISR as resulting topology is shown in fig.1 with the interaction points. Supplementary Programme in June 1965, and transfer lines from the PS. CERN Council showing considerable the financing of the project to be lead by Kjell The nominal field of the main magnets was foresight set up an Accelerator Research Group Johnson was decided in December of the same 1.2 T for 28 GeV/c protons, the maximum the in 1956 still during the construction of the year. PS could provide. This implies a bending radius CERN 28 GeV Proton Synchrotron (PS). This of 78.6 m. Each ring contained 60 long magnet group considered various options, particularly, 2 Construction units, about 5 m long, and 72 short units, 2.4 those which would give “added value” to the The construction took four years from 1966 m long. The coils having 32 turns were made PS. The main options which emerged were to 1969. It was rather uneventful as the leading of copper. A number of auxiliary magnets intersecting storage rings for proton-proton team mainly consisted of staff which had been complemented the magnet system. collisions and an accelerator in the 300 GeV part of the PS team, hence bringing with them The figure of merit of a collider apart from range for fixed target experiments. This the expertise and experience from the design, the beam energy is the integrated luminosity approach was by intention complementary to construction and running-in of this accelerator which in the ISR was proportional to positron-electron or electron-electron colliders which was comparable in size and complexity under design in other laboratories. The lineage to the ISR. Nevertheless, no other proton- ∫ (I1 · I2 / heff ) dt , of the e+e– colliders, essentially single rings proton collider had ever been built before and with positrons and electrons circulating in a number of technological challenges had to where Ii are the currents of the counter- opposite directions, which culminated in LEP be mastered. rotating beams and heff is the effective beam at CERN, was initiated in Frascati with ADA The magnet lattice of the ISR had to be height in the interaction point. All three by B.Touschek in 1960. The beam energy was matched to the requirements: e.g. straight variables depend on time t as the beam current 200 MeV. The e+e– colliders consisting of two sections much longer than in the PS in order decays due to nuclear and single Coulomb tangential rings were pioneered by Gerard to create space for the experiments around scattering of the protons on the residual O’Neill and Burt Richter for the Princeton- the interaction points; a large horizontal beam gas and the effective height gets blown up Stanford experiment with a beam energy of aperture to accommodate the momentum by multiple Coulomb scattering. Hence, the 500 MeV and by Gersh Budker proposing VEP-1 spread required by stacking. Attention vacuum pressure was a key parameter for the was given to maximize the focusing in the ISR performance. Requiring that the luminosity

46 < il nuovo saggiatore Fig. 1 Schematic layout of the ISR, its transfer lines and its Fig. 2 ISR Intersection point 5 showing the crossing of the injector, the PS (courtesy CERN Courier, January/February, 2011). rings (courtesy CERN).

does not drop to less than 20% in 12 h lead to were increased later from currents around for the first experimental test of transverse the constraint that the vacuum pressure had to 10 A in 1971 to 30 to 40 A per beam for physics stochastic cooling of the beam. This cooling –9 be less than 10 Torr (N2 equivalent) averaged runs. The luminosity was further boosted by a method had been put forward by Simon around the ring. The pressure in the interaction low-beta section composed of conventional van der Meer in 1972 based on theoretical points had to be less than 10–11 Torr to limit quadrupoles and later by a more advanced considerations. It was extended later to the background for the experiments. Thus, the section consisting of superconducting longitudinal cooling and, after verification in vacuum system extending over about 2 km quadrupoles providing 1.4 × 1032 cm–2s–1, a the Initial Cooling Experiment (ICE), was the became the principal technological challenge. world record until 1991 when it was broken by basis for the antiproton source of CERN and, The choice of the vacuum system was the Cornell electron-positron storage ring. in turn, for the antiproton-proton program at guided by results from CESAR which had The vacuum system benefited from a the CERN Super-Proton-Synchrotron and the been used also to test advanced vacuum gradual but continuous upgrade to keep pace Low-Energy-Accumulation-Ring. An antiproton technologies: a stainless-steel vacuum with the increasing currents. Typical loss-rates beam permanently cooled with this technique chamber bakeable in situ to 300 °C; flanges during physics runs could be kept to one part was also used in the ISR for antiproton-proton with metal seals; powerful sputter ion pumps per million per minute exceeding by far the collisions. The CERN antiproton programme (350 l/s) with Ti-sublimation pumps (2000 l/s) initial specifications and providing the required continues these days with the Antiproton in critical spots. low-background condition for the experiments. Deceleration (AD) ring providing very low- The construction was terminated in 1970 Since the magnets were far from saturation energy antiprotons (100 MeV/c) for trap and the project was officially completed in at 26.5 GeV/c and since the poleface experiments. March 1971 within schedule and budget. windings permitted a precise compensation The ISR were decommissioned as collider in Figure 2 shows the ISR tunnel at one of the of saturation effects, the beams could be 1983 to free resources for the Large Electron intersection points. accelerated slowly to 31.4 GeV/c by rf phase Positron Ring (LEP). They will be remembered displacement also pioneered by MURA. as the facility which allowed for an early 3 Performance As soon as deuterons and alpha particles peeping at the highest energies in the Commissioning started in October 1970 with became available from the PS, they were used centre-of-mass energy and for the discovery the first beam injected into ring 1. In January for p-d, d-d, p-α and α-α collisions from 1976 of a number of advanced technologies 1971, when both rings had become available, onwards. indispensable for hadron accelerators and of the first proton-proton collisions were The ISR not only served a large physics storage rings of today and of the future. observed. The beam-beam effect did not lead community but will also be remembered to discernible losses though some had feared for a number of advances in accelerator that this effect would create a strong beam physics and technology. The most important Kurt Hübner blow-up exacerbated by the lack of damping achievement was the discovery of Schottky Kurt Hübner has been at CERN since 1964 through synchrotron radiation in proton rings. noise in the beams. Since the number and he served as the laboratory’s director Operation for physics started in February with of particles per beam was finite and the of accelerators from 1994 until 2001. He beams at 15 GeV/c. Collisions with beams extremely long beam lifetimes allowed has provided guidance for generations at 26.5 GeV/c, the maximum the PS was extended observation times, this shot noise of accelerator physicists and engineers, scheduled to provide, were obtained in May. of the beam could be detected and was put and contributed greatly to the prosperity Thus, a center-of-mass energy corresponding to good use to non-destructively measure of accelerators at CERN and many other to a 1500 GeV proton beam on a fixed target the extent and distribution of the stacked labs. In 2002 he was awarded the EPS-IGA had become available. beam in momentum and in the transverse prize by the European Physical Society The design luminosity of 4 × 1030 cm–2s–1 was tune diagram. However, the lasting impact Interdivisional Group on Accelerators. already reached in 1972. The beam currents of this discovery was that it opened the door

vol27 / no3-4 / anno2011 > 47 il nostro mondo

TOTALLY UNEXPECTED RESULTS from THE ISR

Antonino Zichichi on behalf of the BCF (Bologna-CERN-Frascati) Collaboration CERN, Geneva, Switzerland INFN and University of Bologna, Italy Enrico Fermi Centre, Rome, Italy

Our present understanding of QCD still needs the contributions from the totally unexpected results found at ISR. We will review some of the most relevant ones also in view of the fact that they represent an interesting frontier of the LHC research program, as for example the proof that the “effective energy” is still the basic parameter in order to have the universality features in the multiparticle hadronic systems produced and that the “leading” effect is present at LHC energies with all its consequences, as for example the fact that the two hemispheres are totally independent.

1 The “effective energy” 5. the normalized transverse-momentum distribution The “general wisdom”, up to the moment when the first unexpected results came from ; ISR, was that each pair of strongly interacting particles had the privilege of producing its 6. the event planarity; own final state. The properties of these final 7. the two-particle correlations; states were experimentally measured to be all 8. the scale-breaking effects. different, as shown by the remarkable number Out of these eight quantities the most (eight) of well-established quantities: popular one is the average number of charged

1. the fractional momentum distribution particles 〈 nch 〉. It was given for granted that

ds/dxF (xF ≡ Feynman x); different pairs of interacting particles ((πp), 2. the average number of charged particles (Kp), (pp),(p−p), etc.) had to give different

〈 nch 〉; values for 〈 nch 〉. The fact that the other seven 3. the ratio of the average energy in the quantities were different for different pairs charged channel to the total energy: of interacting particles was considered a

natural consequence of the fact that different 〈 E 〉 / 〈 E 〉 ; ch total initial states have to produce different final 4. the transverse-momentum distributions states. This “general wisdom” was shown to 2 ds/dpt ; be “wrong” when the “effective energy” was discovered at the ISR. The ISR is a powerful

48 < il nuovo saggiatore © CERN, Geneva

Fig. 1 In the abscissa the “effective” hadronic energy 2Ehad (GeV) available for particle production. In the vertical axis on the left the beam energy, E , on the right the total – inc “nominal” energy of the ISR, √s = 2 Einc.

source of “effective energies” as shown in fig. 1. which gives rise to the quantity 2Ehad. At ISR, or at any other collider, since ever, the We have measured at ISR the detailed quantity features of 105 (pp) collisions, on an event-by- event basis, in order to identify the “effective energy” of each collision. Once this quantity is taken as the correct energy for a given

(Einc being the incident energy of each colliding process, the eight quantities quoted above proton) was considered to be the total energy are the same, no matter the nature of the pairs available in the centre-of-mass system. We of interacting particles and no matter if the have proved that this is not true. The quantity interaction is strong, electromagnetic or weak. √–s is to be considered the “nominal” not the This is how multiparticle production in “effective” value for the total energy available. strong, electromagnetic and weak interactions In fact, if you examine the final state of a could be proved to be the same. The key (pp) interaction, in 90% of the cases you find point to realize is that in a (pp) collision, as it leading in each hemisphere a “leading” particle: q1 is the case for ISR, the total energy available leading – and q2 . On the average, they carry 50% for particle production is not (√s)pp= 2Einc. of the “nominal” energy, 2Einc. The hadronic In fact, a large fraction of the primary energy system produced in each hemisphere has at its can be carried away, by the incoming proton, disposal the quadrimomentum into the final state. This “leading” effect is a very general phenomenon, which is present had inc leading q = (q − q ) , when a hadron interacts, no matter if strongly,

vol27 / no3-4 / anno2011 > 49 il nostro mondo

electromagnetically or weakly [1, 2]. When a “hadron-in-the-final state” has an energy sharing, with all other particles produced, which is highly privileged, this effect must be accounted for correctly in order to compare the properties of the multiparticle hadronic system produced in the interaction. This is how the first evidence for universality features between (pp) and (e+e–) data [3] was found using (pp) interactions at the “nominal” ISR – energy, (√s)pp = 62 GeV. As reported in fig. 1 this fixed “nominal” energy corresponds to a set of “effective energies”, available for particle production, which goes from few GeV up to about 40 GeV.

In fig. 1 in addition to Einc = 31 GeV, two

other cases, Einc = 22 GeV and Einc = 15 GeV, are shown. The reason why we have collected data – at three ISR energies, (√s)pp = 30, 44, and 62 GeV, is as follows. It was a crucial point for our Fig. 2 Fractional momentum distribution of charged pions produced in study to show that the multiparticle hadronic (pp) collisions at the ISR, i.e. what Gribov defined the “QCD light”. systems produced in (pp) interactions, with the

same values of 2Ehad but with different values of Einc, had the same properties in terms of the eight quantities mentioned above. Let us take one example. It was discovered by the BCF group at ISR that the fractional

momentum xF (the Feynman x) distribution of a pion produced in the reaction

pp → π+ + all the rest

– at the “nominal” total energy (√s)pp = 62 GeV, reported in fig. ,2 is the sum of the fractional momentum distributions at different “effective energies”, reported in fig. 3, 4, 5, 6, 7 and 8. This is why Gribov liked to call the π-spectrum reported in fig. 2, the “QCD light”. In fig. 6 and

7, the same range of “effective energy” 2Ehad is produced from three different values of “nominal” energy:

– (√s)pp = (62, 44 and 30) GeV.

In fig. 8 the same range of “effective energy” is produced with two different values of “nominal” (pp) energies:

– (√s)pp = (62 and 44) GeV. Fig. 3 The inclusive single-particle fractional momentum distributions (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 3 GeV < 2E < 4 GeV obtained from en – R − had − data at √s = 30 GeV. Also shown are data from MARK I at SPEAR. The agreement between (pp) and (e+e−) data is remarkable.

50 < il nuovo saggiatore a. zichichi: totally unexpected results from the isr

Fig. 4 The inclusive single-particle fractional momentum distributions Fig. 6 The inclusive single-particle fractional momentum distributions (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 4 GeV < 2E < 6 GeV obtained from (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 10 GeV < 2E < 16 GeV obtained from en – R − had − en R – − had − data at √s = 30 GeV. Also shown are data from MARK I at SPEAR. data at different (√s )pp. Also shown are data from TASSO at PETRA.

Fig. 5 The inclusive single-particle fractional momentum distributions Fig. 7 The inclusive single-particle fractional momentum distributions (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 6 GeV < 2E < 9 GeV obtained from (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 16 GeV < 2E < 22 GeV obtained en – R − had − en R – − had − data at √s = 30 GeV. Also shown are data from MARK I at SPEAR. from data at different (√s )pp. Also shown are data from TASSO at PETRA.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 51 il nostro mondo

1.1 The end of a myth: high-pT physics Another myth which has been dismantled by the “effective energy” is the one which gave a special role to “high”-transverse-momentum phenomena. We have found at the ISR that the multiparticle systems (jets) produced at high

pT and at low pT show the same universality features. For details see [4]. The discovery of the “effective energy” has been the driving force to study in detail the“leading” effect.

2 The “leading” effect

Another impressive set of totally unexpected results comes from the study of the “leading” effect which is a basic non-perturbative QCD phenomenon. The BCF group at ISR has established the following properties which need to be explained by QCD:

Fig. 8 The inclusive single-particle fractional momentum distributions 1) the “leading” effect depends on the (1/N ) ∙ (dN / (dx*) in the interval 28 GeV < 2E < 32 GeV obtained “quantum number flow”; en R – − had − from data at different (√s )pp. Also shown are data from TASSO at PETRA. 2) the “leading” effect is “flavour” independent; 3) the “leading” effect is present in Deep Inelastic Scattering (electromagnetic and weak); 4) the “leading” effect exists also when in the initial state there are no hadrons, as in (e+e−) annihilation; 5) there are no long-range correlations in the “leading” effect. 1) The “leading” effect, when a hadron is present in the initial state, depends on the “quantum number flow” from the initial to the final state For example, if in the initial state there is a proton (u u d) which goes to the final state, the probability of having the same “proton” (u u d) with more energy-momentum than all the other particles is very high. The proof is in fig. 9 where in the vertical axis there is the number of quarks which go from the initial to the final state, and in the horizontal axis the value of a function L which Fig. 9 In the horizontal axis the “leading” quantity L for different types of baryons produced in (pp) collisions at the CERN ISR. In the vertical is proportional to the probability of having the axis the number of propagating quarks.The centre-of-mass energy particle in the privileged “leading” status with ranges from 25 to 62 GeV. The dashed curve is obtained by using respect to all other particles in the final state. a parametrization of the single-particle inclusive cross-section, F(x) = (1 – x)α, as described in sect. 3 of paper [1].

52 < il nuovo saggiatore a. zichichi: totally unexpected results from the isr

The “leading” effect decreases with the number of propagating quarks from the initial to the final state. For example, when the process is Fig. 10 The three final states in fig. 9 with two quarks from the initial state have different values of L. The first two have (u d) of the original p (u d u), the third one has the pair (u u) of the original proton. But (u d u) → (u d u) the (p → n) appears to have a privilege with L~−2; here the new quark needed is “d” instead of “s” as it is the case for the Λ0 and Σ+. all three quarks of the initial state go into the final state and

L ~− 3.

This is not the case for the transition

p (u d u) → n (u d d), where the number of propagating quarks is two and L ~− 2. The transitions

p (u d u) → L0 (u d s) and Fig. 11 Evidence for the heaviest baryon known at the time: a new + 0 − + − p (u u d) → S (u u s) particle Lb. The data show the (pK π π ) invariant mass spectrum. The 0 < dashed peak is the evidence for Lb with mass in the range (5.35 − m (pK−p+p−) < 5.50)GeV/c2. have again two quarks propagating from the − initial to the final state but the “new” quark needed is “s” instead of “d” and L ~− 1 . The data in fig. 9 suggest a possible “flavour” dependence of the “leading” effect. In fact when the number of propagating quarks is two but the third quark is not the same, the neutron in fig. 9 seems to indicate a privilege with L ~− 2. These three cases are illustrated in fig. 10. For the transition

p (u d u) → S− (d d s) the number of propagating quarks is one and L ~− 0.5. The minimum value of L is when there are no quarks going from the initial to the final state.

2) The “leading” effect is “flavour independent”: 0 + 0 it is the same for Ls , L c , Lb In other to study if there is a “flavour” dependence in the “leading” effect we have 0 + extended our research to all heavy flavours. Fig. 12 Production distributions vs. xL of heavy flavour states (Lb and L c) 0 0 compared with the lightest flavour state Ls. The data in (A) show Lb with This is how we have discovered the “leading” + 0 0 + respect to L c; in (B) we have Lb compared with Ls and, in (C), L c with 0 respect to Ls.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 53 il nostro mondo

+ production of L c [5] and, for the first time, 0 found the existence of Lb, which, at that time, was the heaviest particle known [6]. Figure 11 shows the results. 0 The search for Lb has given the proof that the “leading” production mechanisms is 0 valid also for Lb . The experimental results in fig. 12 prove that the same “leading”-baryon 0 + 0 effect is present in Lb, L c, and Ls production mechanisms. Despite the large mass difference between the strange (s), the charm (c), and the beauty (b) quarks, the production of these differently flavoured baryonic states shows the same “leading” effect [7]. The conclusion is that there is no mass-dependence in the “leading” effect and that the effect is “flavour-invariant”.

3) The “leading” effect is present in Deep Fig. 13 In the orizontal axis the “leading” quantity L of the Λ0 produced in (n−p) interactions at 〈 W 2〉 = 20 (GeV)2 and in (e−p) interactions with Inelastic Scattering (DIS) (electromagnetic and 5 < W 2 < 18 (GeV)2. In this case the number of propagating quarks is weak) two. The dashed curve of fig. 9 is shown here to guide the eye. In fig. 13 there are two examples of DIS: one is electromagnetic (e−p) and the other is weak (n−p). In both cases the “leading”effect is present. Taking into account the results previously reported where the interactions were all strong, the data prove that no matter if the interaction is strong, electromagnetic or weak, the “leading” effect is there and depends on the “flow of quantum numbers” from the initial to the final state.

4) The “leading” effect is present also when there are no hadrons in the initial state, as in (e+e−) annihilation The “leading” effect needs to be taken into due account also when no hadrons are present in the initial state, as it is the case in (e+e−) annihilation. The fractional momentum distribution measured by TASSO at PETRA of the particles produced in (e+e−) annihilation – at √s = 34.4 GeV was strongly deviating from the expected spectrum when a “leading” D* was present in the final state. Using the ISR Fig. 14 The data from our analysis at the ISR ((pp) interactions) (pp) data at the “effective energy” in the with “effective energy” in the range (10−16) GeV are in excellent – agreement with the (e+e−) data at √s = 14 GeV. range (10−16) GeV, the (TASSO-PETRA) data showed the excellent agreement reported in fig. 14. The only correction needed was the subtraction of the D* “leading” effect.

54 < il nuovo saggiatore a. zichichi: totally unexpected results from the isr

5) There are no “long-range-correlation” forces: the “leading” protons are not correlated During many years there were experimental data giving evidence for a correlation between the two ISR hemispheres. The same problem needs to be studied at LHC. The BCF group has proved that these correlations disappear when the data are analysed in terms of the “effective energy”. The best proof came from the study of the following reaction:

inc inc leading leading p1 + p2 → p1 + p2 + anything ,

inc where p1,2 indicate the two incident protons, leading and p1,2 the two “leading” protons. The data taking was performed using unbiased events in order to have a set of genuine inclusive (pp) interactions. The results are in figs. 15 and 16 where Fig. 15 Scatter plot of the fractional energies of the two “leading” protons, x leading= E leading/E inc , in the range 0.4 < x leading < 0.9, at the (pp) c.m. 1,2 –1,2 1,2 1,2 energy (√s)pp = 62 GeV. .

The results prove that the two hemispheres are totally independent and, contrary to what had been believed before, there are no “long- range correlation” effects.

2.1 Two final remarks on the “leading” effect Number 1. When there is no “quantum number flow” from the initial to the final state, the “leading” effect depends on the probability that the fragmentation products recombine themselves into one “leading” particle. From high-pT data at the ISR we have

for ET ~− 5−10 GeV ; from (e+e−) the results are leading leading Fig. 16 The average value 〈 x2 〉 for fixed x1 is plotted vs. x1 . The value of 〈 xleading 〉 is obtained from the scatter plot of fig. 15. . 2

vol27 / no3-4 / anno2011 > 55 We can deduce that if one single particle References must carry a great part of a certain energy −2 [1] M. Basile, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, available, it should pay a factor ~10 . How this B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, R. Nania, F. Palmonari, V. Rossi, G. Sartorelli, recombination into one “leading” particle can M. Spinetti, G. Susinno, G. Valenti, L. Votano and A. Zichichi, “The Leading- be possible is a problem for non-perturbative Particle Effect in Hadron Physics”, Nuovo Cimento A, 66 (1981) 129; see also QCD theorists. “The Method of Removing the Leading Protons in the Study of High-Energy pp Reactions, Compared with the Standard Analysis”, Nuovo Cimento A, 65 (1981) Number 2. In (pp) interactions (at ISR 414. energies) about 20 mb of cross-section is in [2] M. Basile, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, the “leading” effect. At ISR the “leading” effect B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, R. Nania, F. Palmonari, V. Rossi, G. Sartorelli, M. Spinetti, G. Susinno, G. Valenti, L. Votano and A. Zichichi, “The Leading- is dominated by the “quantum number flow”. Baryon Effect in Strong, Weak, and Electromagnetic interactions”, Lett. Nuovo + − In (e e ) there is no “quantum number flow” Cimento, 32 (1981) 321. from the initial to the final state and only about [3] M. Basile, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, 1% of the total cross-section is in the “leading” B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, F. Palmonari, G. Sartorelli, G. Valenti and A. Zichichi, “Evidence of the Same Multiparticle Production Mechanism in p-p effect. For the explanation we must wait until Collisions as in e+e− Annihilation”, Phys. Lett. B, 92 (1980) 367. non-perturbative QCD will be able to give the [4] M. Basile, J. Berbiers, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, correct “predictions”. C. Del Papa, P. Giusti, T. Massam, R. Nania, F. Palmonari, G. Sartorelli, M. Spinetti, G. Susinno, L. Votano and A. Zichichi, “The End of a Myth: High-PT Physics”, Opening Lecture in Proceedings of the XXII Course of the “Ettore Majorana” International School of Subnuclear Physics, Erice, Italy, 5-15 August 3 Conclusions 1984: ”Quarks, Leptons, and their Constituents” (Plenum Press, New York- The ISR has been the source of a series London) 1988, p. 1. [5] M. Basile, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, of totally unexpected results. The “effective B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, F. Palmonari, G. Sartorelli, G. Valenti and 0 – energy” with its universality features plays A. Zichichi, “The Leading Effect in Lc production at (√s ) = 62 GeV in proton- a fundamental role in all QCD processes. proton Collisions”, Lett. Nuovo Cimento, 30 (1981) 487. The “leading” effect is “flavour ”independent, [6] M. Basile, G. Bonvicini, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, R. Nania, F. Palmonari, has “no-long-range” correlation and exists G. Sartorelli, G. Valenti and A. Zichichi, “Evidence for a New Particle with Naked no matter if at the origin of the process the “beauty” and for its Associated Production in high-energy (pp) Interactions”, Lett. interaction is strong, electromagnetic or weak. Nuovo Cimento, 31 (1981) 97. To check if these properties are still valid at [7] M. Basile, G. Bonvicini, G. Cara Romeo, L. Cifarelli, A. Contin, G. D’Alì, P. Di Cesare, B. Esposito, P. Giusti, T. Massam, R. Nania, F. Palmonari, LHC energies is the next frontier. The complete G. Sartorelli, G. Valenti and A. Zichichi, “The Leading-baryon Effect in L0 – b set of results at ISR from the BCF Collaboration production in Proton-Proton Interactions at (√s ) = 62 GeV”, Nuovo Cimento A, can be found in ref. [8]. 65 (1981) 408. [8] V. N. Gribov, G. ‘t Hooft, G. Veneziano and V. F. Weisskopf, “The Creation of Quantum ChromoDynamics and the Effective Energy” in honour of A. Zichichi on the occasion of the Galvani Bicentenary celebrations, edited by L. N. Lipatov, “World Scientific Series in 20th Century Physics”, Vol. 25 (World Scientific) 2000 p. 343.

Antonino Zichichi Antonino Zichichi is the author of advanced research work concerning the fundamental building blocks of matter and the fundamental forces of nature. He has published over 900 scientific papers, some of which have opened new avenues in subnuclear physics at high energies. He has received awards and honorary degrees from Universities and Academic Institutions in Italy and in many other countries, including Argentina, China, Georgia, Germany, Poland, Romania, Russia, Ukraine and USA. He founded and directs the “Ettore Majorana” Foundation and Centre for Scientific Culture, Erice. He is Emeritus Professor of Advanced Physics at the University of Bologna; Past President of the INFN (Italian National Institute for Nuclear and Subnuclear Physics); Past President of the EPS (European Physical Society); Past President of the NATO Science Committee for Disarmament Technology; President of the World Federation of Scientists; President of the “Enrico Fermi Centre”, Rome. He is member of the Pontifical Academy of Sciences, the Academia Europaea, and other Academies. In 2001 he has been awarded the “Enrico Fermi” Prize of the Italian Physical Society for his discovery of nuclear antimatter, and in 2007 the JINR “Bruno Pontecorvo” Prize for the original method he proposed to search for a third heavy lepton in uncorrelated electron-muon pairs.

56 < il nuovo saggiatore il nostro mondo

A Giuseppe Franco Bassani

Sono ormai trascorsi tre anni dalla scomparsa di Franco La presentazione del volume si è svolta a Pavia, città molto Bassani e vorremmo parlare di lui, nelle colonne di questo cara a Bassani che vi aveva compiuto i suoi studi universitari bollettino che tanto gli stava a cuore, con un breve scritto (all'antico Collegio Ghislieri), il 23 ottobre 2010, nella sul volume pubblicato in suo onore dalla Società Italiana di imponente e raffinata Aula Volta dell'Università. Alla presenza Fisica, in collaborazione con l'Università di Pavia, la Scuola di tanti amici e della famiglia Bassani, il compito di illustrare Normale Superiore di Pisa e l'Accademia Nazionale dei Lincei. i contenuti del volume in suo onore e di ricordare Franco è Affettuosi e attenti curatori, i suoi allievi prediletti: Giuseppe spettato, oltre a chi scrive, a Giuseppe La Rocca, a Roberto Grosso e Giuseppe La Rocca. Fieschi, a Vincenzo Savona e a Chiara Bassani. La giornata Il volume, intitolato "Giuseppe Franco Bassani - Uomo e era una tipica giornata Scienziato - Man and Scientist" è suddiviso in sette capitoli. autunnale di brume I primi due contengono, rispettivamente, un'interessante padane, ma il ricordo di scheda biografica e la riproduzione di una selezione delle più Franco, come riaffiorava importanti pubblicazioni di Bassani nel campo della materia nelle affettuose parole condensata dove come fisico teorico egli ha indubbiamente dei suoi amici di sempre, lasciato il segno. Il terzo capitolo presenta una rassegna di dei suoi devoti allievi e scritti, commenti e testimonianze di illustri scienziati italiani della sua amatissima figlia e stranieri sui principali filoni di ricerca cui Bassani dedicò Chiara, nei ricchi racconti nell'arco di tanti anni di carriera scientifica tutta la sua e aneddoti, è stato più passione e le sue energie. Seguono due capitoli di affettuose che mai vivido e allietante testimonianze e ricordi di numerosi allievi e collaboratori per tutti i presenti. sulla sua insigne figura di maestro di scienza e di vita, e di Caro Franco, sei rimasto numerosi colleghi e amici sulle sue molteplici e autorevoli e rimarrai nei nostri azioni per la promozione della cultura scientifica ad ampio pensieri. spettro: dal Centro Sviluppo Materiali, alla Scuola Normale, alla SIF, all'EPS. L'ultimo capitolo, il più commovente, racconta Luisa Cifarelli dell'uomo, del padre, delle sue straordinarie doti umane e del Università di Bologna suo alto insegnamento. In tutto, quasi 600 pagine, con tante Angiolino Stella belle fotografie e immagini. Università di Pavia

vol27 / no3-4 / anno2011 > 57 Il nostro mondo

Croatian Physical Society: present status and prospects

Silvia Tomic Institute of Physics, Zagreb, Croatia

In Croatia scientists, teachers and students of physics are gathered in the Croatian Physical Society, CPS1, founded on December 19, 1990 with the aim to promote and develop scientific, educational and pedagogic activities in the field of physics. The association is registered under the name of “Hrvatsko fizikalno drustvo“ and is governed by the Constitution. Prior to 1990, the Croatian physicists acted within the frame of the Society of the Croatian Mathematicians and Physicists (founded in 1949), which developed out of the Mathematics-Physics Division of the Croatian Society of Natural Sciences (founded on August 27, 1945).

1 Introduction The history of physics education and research in Croatia begins in the 12th century with philosopher and astronomer Hermann of Dalmatia, who played an important role in the transmission of Aristotelian physics to the medieval Europe. The most prominent names until modern times include Rudjer Boskovic (18th century), Nikola Tesla (19th century) and Andrija Mohorovicic (20th century). Rudjer Boskovic was a physicist and mathematician, who introduced in physics the idea of a force that is repulsive at short distance and attractive at great distance. Nikola Tesla, born in Croatia in mid-19th century, made the majority of discoveries in the United States which contributed to the understanding and application of alternating electric current as the foundation of the electrification of the world. In recognition of his contributions the SI unit of magnetic induction – the “tesla” – is named after him. Andrija Mohorovicic made his discoveries in the field of geophysics at the Department of Physics of the University of Zagreb founded at the end of 19th century. By analyzing seismological data Mohorovicic discovered the boundary between the Earth’s crust and the mantle, the so-called Mohorovicic discontinuity. A modern and fresh stimulus to Croatian physics research was given by the establishment of three scientific institutions: Rudjer Boskovic Institute (Zagreb) in 1950, Institute of Physics of the University (Zagreb) in 1960, and the recently built new facility of the Department of Physics of the Faculty of Science (Zagreb) in 1991. Today, the research takes place at the mentioned Institutes and Physics Departments of four main Universities in Croatia: University of Zagreb, Split, Osijek and Rijeka, the latter at the same time being the centers for education of students.

1 http://www.hfd.hr/en/index.html; e-mail: [email protected]

58 < il nuovo saggiatore Fig. 1 Building of the Physics Department of the Fig. 2 Certificate of Appreciation and Faculty of Science, University of Zagreb where the Medal of a Honorary Member. seat of Croatian Physical Society is situated.

2 Membership 3 Bodies and resources of the Society The Croatian Physical Society gathers scientists, teachers In order to fulfil its aim CPS acts either directly through and students of physics. The seat of CPS is at the building of its president or through the Divisions defined by the the Physics Department of the Faculty of Sciences, University Constitution and projects created by its members. The of Zagreb, (fig. 1). Currently the Society has 614 members bodies of the Society are the President, the Vice-president, out of which 348 scientists, 145 physics teachers, 37 retired the Assembly, the Managing Board, the Supervisory Board members and 84 students (who are not regular members and the Court of Honor. The competence and the structure and do not pay the membership fee). The number of CPS of the bodies are defined by the Constitution. The Assembly members held rather steady for years and only recently it is the supreme authority of the Society and consists of all has started to show a slight increase. Much of the recent regular members. The president represents the Society and increase can be attributed to the growth in the young nominates at his/her discretion the closest collaborators: members category being due to the action initiated by the Secretary and Treasurer, as well as the Secretariat Staff CPS Managing Board in 2010 and we hope that this positive (administrative secretary and bookkeeper). The president trend will continue. The action offers a one-year free trial of the Society is also the president of the Assembly and membership available to freshly graduated physics students. Managing Board (fig. ).3 The aim is to attract young physicists to the Society, get them The resources of the Society consist of dues paid by active and see them continue into the regular members members, grants that may be awarded by public or private category. Reaching that aim will help maintain and hopefully bodies, gifts and donations, as well as other resources increase the active part of the membership by offsetting the which the Society may derive from its own activities. In the number of retiring members which is expected to grow in last decade the majority of CPS income has been provided the forthcoming decade. In addition to regular and student by the Ministry of Science, Education and Sports of the members, the CPS constitution foresees that the Assembly Republic of Croatia. Grants obtained by the City of Zagreb, may elect individuals, who have made an outstanding as well as by other sponsors from Croatia have been of contribution to the advancement of physics or have rendered lesser amount. Nevertheless, they should be acknowledged significant services to the Society, as Honorary Members too. Unfortunately, government money including the basic of the Society (fig. 2). In 2010, the CPS Managing Board operation grant has been cut down substantially in the last proposed Bozo Metzger (97) and BSc Branka Mikulicic (81), few years so that certain activities had to be temporarily to become Honorary Members based on their outstanding frozen waiting for better days to come. Only recently, signs contribution to the advancement of physics and physics of recovery started to emerge at the horizon. It is vital for the education in Croatia. Their election was approved at the Society to give considerable thought in the near future to Assembly meeting in December 2010. how the situation might be improved at a longer time scale.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 59 il nostro mondo

Fig. 3 Members of the CPS Managing Board (MB) and CPS Project Leaders at the occasion of Electoral Assembly and a reception in December 2010. Back row (left to right): A. Hamzic (CPS president 2005–2006), B. Pivac (CPS president 2011–2012), I. Aviani (E-school project leader) and M. Basletic (Leader of the Summer school for Young Physicists 2011–2012). Front row: I. Bogdanovic- Radovic (Scientific Division leader 2009–2010), E. Oreskovic (representative of elementary school physics teachers in MB 2007–2010), M. Planinic (Educational Division leader 2007–2010), Z. Roller-Lutz (vice-president 2005–2006), V. Horvatic (secretary 2005–2008, web master), S. Tomic (CPS president 2007–2010), D. Androic (Leader of the Summer school for Young Physicists 2008–2009), K. Ilakovac (Editor in Chief of scientific journals Fizika A and B) and G. Jerbic-Zorc (secretary 2009-2010).

4 National activities quality of physics education which is their on-going activities and events. CPS has five divisions: the Scientific indispensable in preparing students The CPS portal is regularly updated with Division, the Educational Division, the for today’s knowledge economy. The news covering the CPS and EPS projects Division for Industrial and Applied Division organizes series of lectures and events in Croatian and English Physics, the Division for promotion of on selected topics of contemporary languages. Throughout 2010, the CPS Physics and the Students Division. physics for schoolteachers. Also, portal registered 27114 visits from 84 The Scientific Division is mostly biannually it organizes the Croatian countries (80 per day), out of which concerned with questions related to Symposium on Physics Education. The 25515 were from Croatia. It is vital to research. It organizes the Scientific Division represents schoolteachers at keep the web page active in the future Meeting of CPS on a two-years basis the Ministry of Science, Education and and identify the measures to be taken in where the Croatian researchers meet Sports and in front of general public as order to ensure that the positive trend to present the newest research results well. in the visits number continues. and discuss issues concerning the status The division for Industrial and Applied The most popular project of the of the research in Croatia. The last two Physics organizes workshops and Student Division is the project named meetings were held in the picturesque round tables at which physicists from Physics Express, which was initiated village of Primosten on the Adriatic coast. The rather high attendance, the academic community and industry during the World Year of Physics in motivated oral contributions and vivid meet. This Division has become more 2005. In the framework of this project, round tables show that this event is active only recently; however, two our students visit schools all around well accepted by the CPS members and workshops organized in 2009 and 2010 Croatia and promote physics through promise that it should have a bright at the Institute of Physics in Zagreb presentations of simple experiments future. It is worth mentioning that since were very successful and showed that demonstrating physics in daily life and 2007 the best physics students from efforts should be continued in this field. by establishing a direct communication four Croatian universities are invited to Participants from both sides pointed with school students (fig. 4). Since 2005 attend these meetings and their stay is out how such meetings are more than until today, almost 5000 elementary covered by their host departments and welcomed and that there is an urgent and high school students in about 100 research institutes. need to establish a collaboration schools have seen the presentations The Educational Division activities between them in order to facilitate given by Physics Express. are in major part related to elementary and improve achievements in industry Since 1992 the Society edits and high-school teaching. The Division applications. two international peer-reviewed members work permanently on physics The Division for promotion of Physics scientific journals Fizika A and Fizika education by helping in improving the aims to promote the CPS projects at B in which original research articles plan, program and educational process. Croatian TV channels, radio stations and covering all branches of physics and The CPS members are aware that more in printed and electronic newspapers. its applications, including teaching should be done to increase the number In the real life, the Division and project and history of physics are published of physics students and increase the leaders take care to inform media of in English. The actual tendencies and

60 < il nuovo saggiatore S. Tomic: Croatian Physical Society: present status and prospects

Fig. 4 Physics Express visiting an elementary school in Rijeka. Left: Ines Filipas from Physics Express explaining the exercise entitled “Rubens tube”, while one of the students is trying to induce the tube standing waves by identifying the right frequency with his voice. Right: Ines Filipas and Nikola Markovic from Physics Express demonstrating that water can boil at room temperature under the vacuum.

strong competition in global scientific from mathematics, physics, astronomy best sign of how popular and attractive publishing, the fact that hiring and and informatics, information concerning this project is. promotion committees measure national and international physics and Annually CPS organizes the Summer scientific performance mostly relying mathematics competitions and reviews School for Young Physicists dedicated on numerical indicators such as the of new science books. MPJ regularly to diverse topical subjects in physics impact factor of journals in which the publishes theoretical problems aimed to which the students who achieved candidates published their work, and a to be solved by curious students; the best results at the national physics negative trend of the financial support, the solutions of these problems are competition are invited. CPS considers raised intense discussions whether to published in the next issues. this event as a kind of reward to continue to publish national journals Other activities of CPS include students that distinguished themselves or to close them and merge to one projects and groups like Electronic- and gives them the opportunity to of the European Physical Journals school of Physics (E-school), the follow the lectures of the best Croatian editions. As a recent outcome of Summer School for Young Physicists scientists and participate in the thorough discussions inside CPS and and Women in Physics. Further, interactive laboratory exercises. consultations with EPJ publishers (SIF in cooperation with the Croatian Following the Summer School, and Springer officers), the Managing Education and Teacher Training Agency Summer Preparatory Classes are Board reached a decision to merge the and Ministry of Science, Education and organized to the end of selecting journal Fizika A to EPJPlus electronic Sports, CPS organizes elementary and the best 5 students to represent the journal that has started publication in high-school competitions in physics at Croatian team at the International January 2011. As for the journal Fizika B, regional and national levels, as well as Physics Olympiad. CPS also helps in the the possibility to keep it and transform the preparation of gifted students for selection and preparation classes of it into the journal of special issues needs the participation in the international the Croatian team which participates to be examined further so that a final competitions Physics Olympiad and in the International Young Physicists’ decision was temporarily postponed. Young Physicist’s Tournament. Tournament taking place every year in In cooperation with the Croatian E-school was established twelve different countries all over the world. Mathematical Society, CPS also years ago as a web site dedicated to the These competitions represent the edits a popular magazine entitled news in physics and physics problems, zenith for high-school students for “Mathematical-Physical Journal (MPJ)” intended not only for high-school whom physics is more than a school for elementary (age 12–14) and high students and physics teachers, but subject; rather it is a real passion school students (age 14–18) and also for all individuals interested in for them. The Croatian high-school physics and mathematics teachers. MPJ physics. In the last three years almost students in both of these competitions was founded in 1950 and celebrated its 100 additional Internet pages were usually achieve very good results: 60th Anniversary last year. Each volume created with new educational material. standard achievement is winning the (comprising four issues annually) The E-school Internet portal registers bronze medals, which makes us all very contains articles covering diverse topics in average 200 visits per day. that is the proud of them.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 61 il nostro mondo

Fig. 5 Members of the Croatian team (left to right): Vedran Komlen, Nina Fig. 6 Members of the Croatian team (left to right): Vilim Stih, Ljudevit Kamcev, Veronika Sunko, Marija Doslic and Vilim Stih in front of the Palle, Denis Osvald, Marko Jercic and Borna Vukadinovic at the opening elementary school “Petar Berislavic” where the competitions at the 21st ceremony of the 41st International Physics Olympiad, 17–25 July 2010 IYPT, 21 – 28 May, 2008, Trogir, Croatia were held. which was held in Zagreb, Croatia.

The Working group Women in all over the world. The unique aspect countries and continents. Physics surveys the status of female of the Tournament, compared with The third event, the 41st International physicists in the academic community, other contests, is that it constitutes Physics Olympiad in 2010 was held in organizes round tables and search to a competition among teams of high Zagreb, the capital of the Republic of establish policy priorities to improve the school students, instead of individuals. Croatia (fig. 6). The earliest mentioned additional difficulties women encounter The concept of this gathering also settlement on today’s position of the as compared to men, especially (among encourages and enables expression city was a Roman town existing as others) concerning the need to deal of creativity, innovative thinking, and early as in the 1st century AD, while the with both professional and family development of the ability to solve first recorded appearance of the name responsibilities. complicated problems by applying Zagreb is dated 1094. The Olympiad is scientific methods and approaches. an international individual competition The second event, the 24th for high-school students. Each year it 5 International activities International Conference of Physics brings together teams of the brightest As an additional expression of Students, was organized in Split, the physics students from around the world commitment to help promote second-largest urban centre in Croatia, for a week of intense physics problems. physics education, CPS took the a historical town and an important The competing students are given both responsibility to organize three harbor in the central part of the Adriatic theoretical and experimental exams important international events in the coast founded in the 6th century BC. that touch on a wide range of physics last three years: the 21st International This conference gathered almost 500 subjects. This Olympiad gathered Young Physicists’ Tournament in 2008, students from 22 countries worldwide. 370 high-school students representing the 24th International Conference The students’ conference is unique 80 different countries and various parts of Physics Students in 2009 and the as a physics conference, since it of the world. A numerous contingent 41st International Physics Olympiad primarily gathers students of physics of the CPS members contributed to in 2010, the latter being organized and only few senior researchers are the success of this event working hard in cooperation with the University of invited as guests. The approach of this not only on the nine days during which Zagreb. The 21st International Young conference is to provide participants the event took place, but throughout Physicists’ Tournament took place in with numerous opportunities for an the one-year long preparation period. the historic town of Trogir, a harbour on intensive communication, through We consider that this event was of the Adriatic coast in Croatia founded active participation in presentations extremely high importance not only in the 3rd century BC (fig. 5). This event and scientific discussions among for the Croatian academic community gathered teams from 24 countries participants coming from various but also for the whole country. For this

62 < il nuovo saggiatore S. Tomic: Croatian Physical Society: present status and prospects

reason we are thankful to the Ministry becomes evident given that nowadays of basic, curiosity-driven research of Science, Education and Sports, and our world faces many critical scientific for economic prosperity and justifies the City of Zagreb, as well as to other and technological challenges, such as believing this should continue to be the sponsors from Croatia and Europe (SIF climate change, limited water, energy case. This implies that we all need to and EPS), for their valuable support and other natural resources, unbalanced support a common aim to achieve high without which this event could not have development, current economic levels of ambition for the education of been organized. crisis, and many other problems of children and young people in science. CPS is a member of European Physical fundamental importance for the future This also implies communicating Society (EPS) and the International of our planet and humankind. So physics both to physics community Union of Pure and Applied Physics there is an increasing need for well- and to wider public and to increase the (IUPAP) and through its members informed and scientifically educated awareness and understanding about participates in their activities. CPS citizens, for the use of accurate the relevance of physics in broad areas participated in the EPS project World scientific information in development ranging from energy and environment Year of Physics in 2005 and since of sustainable and socially responsible to medicine and health. 2007 is active in the EPS project “The public policies and practices, and for CPS is a proud member of EPS implementation of the Bologna Process promoting participation of all key and IUPAP. We are confident that in into Physics Studies in Europe“. stakeholders, including a more active this way and only together we can role of citizens, experts and scientists in forge an effective partnership for the decision-making processes. It is rather benefit of science, education and 6 Motivation and priorities in the evident that even if the students do not humankind worldwide. And perhaps coming years pursue scientific research subsequently, most importantly of all we need to Presently it is very critical that we all still many of them will be able to use understand and feel that physics and pay greater attention to the important the skills they gained during their high- a scientifically based approach to life issue on how should we teach physics school education and through events represent a basic tool which can help to young people and future generations like competitions in physics at national humankind to create a new, just and who are going to build the civilization and international level, and will be meaningful world. of the 3rd millennium. Within the efforts better prepared for their future studies to support this process and to promote and professional careers. an interactive science education, The task to promote physics and Acknowledgements including a rigorous training in sciences turns to be a challenging I thank Vlasta Horvatic for critical conceptual and analytical thinking, CPS one nowadays. The CPS projects like reading of the manuscript. The high- has created and has been implementing E-school and Physics Express, edition quality pictures were provided by V. several projects as presented above. of popular magazines for teenager Horvatic, D. Androic, M. Basletic, D. Jelic Another goal of equal merit is to persist students and the Summer School and S. Pozar. making substantial parallel efforts to for Young Physicists, among others, achieve a better support of research. support this goal strongly. CPS hopes It is exactly the synergy of improved that the Croatian government as well education (scientific thinking) and all other governments worldwide research that guarantees a safe and understand the need for a strong Silvia Tomic prosperous future. science base as critical and essential Silvia Tomic is Senior Scientific Advisor We consider that the task to help for our future economic prosperity at the Institute of Physics in Zagreb. She develop a scientific mind and thinking and well-being. Namely, the global studied physics at the Faculty of Science, University of Zagreb and received her degree among the youngs already at the economy, we live in, is changing of Docteur d’etat et Sciences Physiques at elementary and high-school level the nature of work and the kinds the University Paris-Sud. Her main research should continue to be one of the of job young people will enter, and topics are collective electronic phases in priority goals of the Society since an consequently demands scientifically strongly correlated materials with reduced dimensionality and dynamics and structure individual’s level of creativity and literate workforces. It is somehow of biopolyelectrolytes. She served as the innovative scientific thinking is critical paradoxical that nowadays we testify President of the Croatian Physical Society for a long-term sustainability of our how physics declines in public prestige from the begining of 2007 until the end of (Croatian) society, and also for many although there is a historical record, 2010 and is the CSP representative in the EPJ Scieentific Advisory Committe since 2009. other countries, specially those in a particular one throughout the 20th developing regions of the world. This century, that explains the importance

vol27 / no3-4 / anno2011 > 63 il nostro mondoil nostro mondo

IL NUOVO CIMENTO 150, 100, 50 ANNI FA

150 ANNI FA Il Nuovo Cimento (successore de “Il Cimento” 1843–47) ha sei anni. I fisici hanno contribuito, con l’impegno politico, con il pensiero, l’azione ed il sangue al Risorgimento. Hanno combattuto nelle Guerre d’Indipendenza: i due co-fondatori del Nuovo Cimento Carlo Matteucci e Raffaele Michele Rocco Piria, e Riccardo Felici, Ottavio Fabrizio Mossotti, Leopoldo Pilla, Antonio Pacinotti, Gaetano Giorgini. Matteucci fu ministro della Pubblica istruzione nel 1862. Mossotti e Piria furono Senatori del Regno. “L’Italia è fatta, rimangono da fare gli Italiani”, e la fisica italiana. (cfr. I fisici e il Risorgimento” in questo numero a p. 30).

Da “Sull’imbibizione”, nota di C. Matteucci (Letta alla R. Accademia delle Scienze di Torino il 14 Aprile 1861). Il Nuovo Cimento, 13 (1861) 265. “Una massa porosa come sarebbe un pezzo di zucchero in pane, o d’argilla cotta, un legno, una membrana secca, una colonna formata da un mucchio di polvere di una sostanza insolubile, più o meno compressa, tutto questo può essere considerato come un sistema di tubi capillari ora interrotti ora resi qua e là continui in direzioni diverse. Da ciò gli effetti che questa massa può esercitare sopra una colonna liquida. È facile di concepire la grande importanza che ha lo studio dell’imbibizione per la scienza dell’organismo se si consideri che l’imbibizione può mettere in movimento delle grandi masse liquide, come avviene negli animali e vegetabili dove non esiste un apparecchio di circolazione e un organo motore; determinare l’innalzamento di colonne liquide capaci di una grande pressione, e finalmente produrre anche o essere accompagnata dalla decomposizione chimica di certe soluzioni.”

100 ANNI FA La Società Italiana di Fisica ha quattordici anni.

Da “Scintille a basso potenziale” di A. Occhialini. Il Nuovo Cimento, 2 (1911) 223. “...a rigore non si poteva asserire che l’arco si inizia con una scintilla pura e semplice, identica a quella che può essere fornita da una macchina elettrostatica. Mi propongo ora di dimostrare l’esattezza di quest’ultima asserzione… Per raggiungere questo scopo ho escogitato un dispositivo che permette di limitare il fenomeno dell’arco al suo periodo iniziale sopprimendo il successivo processo che costituisce l’arco avviato. Così con una differenza di potenziale agli elettrodi poco superiore a un centinaio di volta ho ottenuto delle successioni di scariche che sono vere e proprie scintille.”

50 ANNI FA La fisica italiana è matura. Il Nuovo Cimento è una delle principali riviste internazionali di fisica sulla quale pubblicano scienziati di tutto il mondo. Alcuni articoli sono divenuti dei “classici”, come il seguente, citato 1146 volte.

Da “Structure of a quantized vortex in boson systems” di E. P. Gross. Il Nuovo Cimento, 20 (1961) 454. “The idea that liquid helium permits macroscopic vortex type motions, as does an ordinary liquid, has played a key role in suggesting and interpreting a large number of recent experiments. The experiments of Vinen provide convincing evidence for the existence of free vortex lines with a circulation quantized in units of h/m. Superposed on a field of vortex motions is the general phonon field. The idea of Onsager and Feynman, that circulation is quantized, meets the objection that if vortex excitations of arbitrary circulation and energy were permitted, there would be no superfluidity. On the other hand if there were only phonon-type excitations, it follows from Landau’s well known argument based on Galilean invariance, that the critical flow velocity would be much higher than is observed experimentally. With the assumption of quantized vortex lines and rings a qualitative explanation of the low critical velocity becomes possible.”

L’archivio storico de Il Nuovo a cura di Alessandro Bettini Cimento è disponibile per i Soci all’url: http://members.sif.it

64 < il nuovo saggiatore news

EPL celebrates its Silver Jubilee

EPL was launched in January the benefit for the students, the 1986 as a merger of the two twelve scientific lecturers, all of national journals Lettere al Nuovo them prominent researchers from Cimento of Società Italiana di Europe and the US, were asked Fisica and Journal de Physique to present their topics in a way Lettres of Societé Francaise accessible to them. de Physique with the financial The Symposium started with a contribution of the Institute of Celebratory Session. The President Physics and under the scientific of the Academy, Professor Karl- control of the European Physical Heinz Hoffmann, welcomed the Society. participants, and acquainted them To celebrate EPL’s 25th with the history of his 250-year anniversary, on 3 and 4 May 2011 old institution. Maciej Kolwas, the a symposium was organized at the Immediate Past President of EPS, “Bavarian Academy of Sciences then recalled the origins of EPL and Humanities” in Munich. The and the past and current Editors- topics covered a wide spectrum of in-Chief of EPL reviewed the initial active physics domains, including period following the re-launch of some pioneering applications, Europhysics Letters as EPL, and in line with what is proclaimed presented an outlook on future in EPL’s motto: a Letters Journal editorial issues. Following the exploring the frontiers of physics. arrival of the students, who had The about 250 participants (fig. 1) visited laboratories in the Munich included 90 students who had area, during the celebratory been invited to participate in the session, the current EPS President, symposium. Sixty of them were Luisa Cifarelli passed on the good Bavarian Gymnasium-students wishes of EPS and started the preparing their baccalaureate and scientific programme. She told the 30 were University students and audience about “a dream that is Fig. 1 The audience with wide-ranging ages during a scientific session. post-docs from all over Europe. becoming reality”, namely about Their attendance at the the origins, the construction, and Symposium was made possible the present operation of the most through stipends, respectively, advanced tool for probing the by the “Wilhelm und Else Heraeus “very small”: «The Large Hadron Stiftung” and by member societies Collider». of the Europhysics Letters Two lectures with the titles «Is Association (EPLA). To enhance NANO all around?» and «What

vol27 / no3-4 / anno2011 > 65 makes a spiral galaxy tick?» – the latter provided a view of illuminated the (still rather) ‘spooky action at a distance’ (see Box 1 small and the very big. Fe-based box 1 for the Complete Scientific superconductors, a subject that Program). Programme ‘Frontiers of Physics’ Symposium at the has led to many citations of The students grasped the Bavarian Academy of Sciences and Humanities (BAdW) EPL letters, were discussed in opportunity to engage in in Munich a lecture on «Unconventional personal conversations with the superconductivity cast in iron». speakers and the other active The Large Hadron Collider - a dream that becomes reality The merits of working with «Ultra- scientists present. Coffee and by Luisa Cifarelli, EPS President cold atoms» and with «Complex lunch breaks, as well as the plasmas – the plasma state of soft Symposium dinner offered ample What makes spiral galaxies tick? matter», as well as the insights to opportunities for such personal by James Binney, Oxford University, UK be gained by «Adding dimensions encounters. The students also Ultra-cold Atoms to femtosecond spectroscopy: enjoyed exchanging ideas with by Jean Dalibard, Laboratoire Kastler Brossel, Ecole Normale 1D, 2D and 3D infrared and their peers from other schools Superieure, Paris, France visible spectroscopies» were and Universities. elucidated in three fascinating Judging from the comments Adding dimensions to femtosecond spectroscopy: 1D, 2D and 3D lectures. Interesting applications by many participants – students, infrared and visible spectroscopies of physics in medicine, biology speakers, Co-Editors and guests by Martin Zanni, Department of Chemistry, University of Wisconsin and oceanography were explored – the EPL anniversary celebration Madison, USA in three lectures about «Shedding was indeed a success. This was The many faces of the second law of thermodynamics some light on medical diagnosis», also made possible thanks to by Christian Van den Broeck, University of Hasselt, Belgium «Nanoscopy with focused light» the EPS Conference Department (a way to overcome the Abbe and the staff of EPL’s publishing Unconventional Superconductivity Cast in Iron limit in optical microscopy) partners for organising the entire by Ray Osborn, Materials Science Division, Argonne national and «Living at low Reynolds’s Symposium in an impeccable Laboratory, USA numbers». Moreover, the laws of manner . Shedding some light on medical diagnosis thermodynamics and quantum The meeting of the Editorial by David Delpy, Engineering and Physcial Sciences Research Council, physics were scrutinised in Board on the day following the UK presentations about «The many Symposium gave good reason faces of the second law of to believe that EPL is now on the Is NANO all around? thermodynamics» and «Quantum way to its Golden Jubilee! by Gerhard Abstreiter, Walter Schottky Institut, Technical University nonlocality: How does nature do of Munich, Germany it? And what can we do with it?» Martin Huber Living at low Reynold’s numbers former President of EPS by Katherine Richardson Christensen, Biological Oceanography, University of Copenhagen, Denmark Nanoscopy with focused light by Stefan W. Hell, Max Planck Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen, Germany Complex Plasmas - the Plasma State of Soft Matter by Hubertus Thomas , Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany

To have a taste of the overall atmosphere you can see the three Quantum Nonlocality: How does nature do it? And what can we do videos featuring interviews with with different delegates with it? by Nicolas Gisin, Department of Physics, Université de Genève, http://physicsworld.com/cws/article/ Switzerland multimedia/46234 an interview with Michael Schreiber, Editor-in-Chief of EPL http://physicsworld.com/cws/article/ multimedia/46235 and an intereview with Luisa Cifarelli , President of EPS http://physicsworld.com/cws/article/ multimedia/46327

66 < il nuovo saggiatore news

Sotto un altro cielo: IV Conferenza Internazionale IUPAP delle Donne nella Fisica

La splendida cornice delle vigne iniziative e strategie per arrivare poster scientifici e poster relativi Pulsar; Archana Bhattacharyya[4], di Stellenbosch di giorno e della ad una maggiore e più paritaria alle problematiche di genere Direttore dell’Istituto Indiano di Croce del Sud di notte ha accolto presenza delle donne nello studio presentati dalle delegazioni Geomagnetismo, ha parlato dei dal 5 al 8 Aprile la quarta edizione e nella ricerca in fisica nel mondo. dei vari Paesi. Sono stati anche fenomeni metereologici nella della International Conference Il convegno ha riunito 223 donne organizzati workshops in cinque ionisfera equatoriale; Yanlai Yan [3] on Women in Physics [1] – ICPW e uomini provenienti da 59 Paesi, sezioni parallele su diverse della Jiao Tong University (Cina) ha della IUPAP. Il convegno è stato di cui 36 in via di sviluppo e 20 tematiche. illustrato i segreti del suono delle organizzato dal gruppo di lavoro di non soci IUPAP. Tale tipo di Le conclusioni e risoluzioni finali di antiche campane cinesi; Cecilia IUPAP sulle donne nella fisica – incontro è stato il primo in Africa questi workshops sono disponibili Jarlskog, Presidente eletto IUPAP IUPAP Working Group on Women e ha fornito l’opportunità per la on-line [2]. (Svezia), ha mostrato i misteri della in Physics – presieduto da Silvina creazione nuovi collegamenti, con Le lezioni plenarie presentate fisica delle particelle e Tebello Ponce Dawson (Argentina) e per lo scopo di accrescere l’interesse da illustri scienziate hanno Nyokong [5] (Sud Africa), vincitrice il comitato locale da Igle Gledhill verso la fisica e promuovere il coperto sia geograficamente del premio l’Unesco-Oreal nel (Sud Africa). Il gruppo di lavoro coinvolgimento delle donne nelle che scientificamente grandi 2009, ha presentato la sua ricerca IUPAP, che è stata una delle prime attività scientifiche dei paesi in via distanze, Jocelyn Bell Burnell [3] nel campo delle applicazioni organizzazioni scientifiche ad di sviluppo. Presidente IOP (Institute of Physics, biomediche sul tema: i laser e affrontare questo tema, ha come La conferenza è stata divisa United Kingdom) ha presentato le ftalocianine nella terapia del obiettivo la messa a punto di in lezioni plenarie e sezioni di l’affascinante mondo delle cancro.

Fotogruppo dei partecipanti.

vol27 / no3-4 / anno2011 > 67 Durante la sezione dedicata ai ci siano ostacoli, né pregiudizi canadese ha presentato le azioni avviato in seguito alla risoluzione poster, le delegazioni hanno verso la presenza femminile intraprese relative al problema della terza International riportato la situazione delle donne nei corsi di laurea o dottorato; della “doppia carriera” per le Conference on Women in Physics nella fisica nei propri Paesi. tuttavia questa percentuale coppie. In Inghilterra il progetto tenutasi a Seul nel 2008. Questo La delegazione Italiana coordinata cala drammaticamente con Juno ha lo scopo di riconoscere e sondaggio condotto su Internet è dalla SIF ha presentato un poster la progressione della carriera. premiare dipartimenti universitari stato somministrato in otto lingue, dal Titolo “The Italian Snapshot on Questo dimostra che azioni che possono dimostrare di aver e ha ricevuto risposte da quasi Women’s Physics World”. In questo culturali e organizzative sono adottato misure per affrontare la 15000 fisici. lavoro sono stati raccolti e discussi ancora necessarie per eliminare le sottorappresentanza delle donne I lavori della Conferenza sono stati i dati del CNR, INFN, IFOA e del difficoltà di sviluppo di carriera e in fisica e per incoraggiare una riassunti e formalizzati durante MIUR, che mostrano la situazione per incoraggiare le giovani donne miglior prassi sia per le donne che l’assemblea generale di chiusura italiana delle donne nel mondo ad intraprendere e perseguire per gli uomini. Un altro esempio è nella quale i partecipanti hanno della fisica dal 2003 al 2009. professioni scientifiche e tecniche. dato dalla Cina dove è stato alzato approvato all’unanimità cinque I dati forniti dal MIUR hanno La sezione dei poster dedicata il limite di età per la richiesta di delibere che saranno presentate evidenziato che le donne in agli studi di genere è stata fondi di ricerca “post-PhD” per le a Londra (UK) durante la 27a Italia sono la maggioranza della indubbiamente il momento di donne, che possono avere bisogno assemblea generale IUPAP per popolazione laureata, con la maggior scambio. Paesi come di più tempo per poter conciliare l’approvazione (vedi box 1). massima presenza in Lettere, Arte, il Canada o l’Inghilterra che maternità con attività di ricerca. Legge, Scienze della Salute. Nel stanno affrontando con politiche Il punto di maggior interesse e S. Croci 2009, le donne rappresentano specifiche e linee guida innovative partecipazione della conferenza Università di Parma il 57,9% dei laureati e il 32% le problematiche di genere, si è stato la presentazione di Rachel dei laureati in Fisica. Tale dato sono dimostrati di riferimento Ivie (USA) dei risultati preliminari fa rilevare come in Italia non per molti altri. La delegazione [6] del sondaggio globale dei fisici,

BOX 1

1. Al fine di migliorare l’efficacia della formazione delle ragazze in fisica, incoraggiare la Commissione sull’ Educazione nella fisica (C14) a collaborare con il Gruppo di lavoro sulle donne nella Fisica per riassumere le linee guida per la formazione degli insegnanti di fisica a tutti i livelli, con particolare attenzione all’insegnamento basato sulla ricerca e attento al genere. 2. Incoraggiare l’analisi completa del sondaggio globale dei fisici e l’ampia diffusione attraverso i Comitati e le società di collegamento IUPAP dei suoi risultati; approvare la collaborazione tra fisici e sociologi, per capire gli ostacoli alla partecipazione e all’avanzamento delle donne e proporre una forma di intervento. 3. Incoraggiare le proprie commissioni e i paesi membri ad avere un elenco chiaro e trasparente di criteri per i premi, garantendo che le donne siano candidate ai premi e che ci siano donne nei comitati di selezione. 4. Richiedere una risposta da ogni Comitato di collegamento IUPAP con gli stati membri per segnalare il proprio paese negli atti della quarta International Conference on Women in Physics che includa i progressi delle donne nella fisica all’interno del proprio paese e le azioni intraprese o proposte per migliorare l’inserimento e l’avanzamento delle donne nel campo della fisica. Le relazioni devono essere presentate al Gruppo di lavoro IUPAP sulle donne per l’analisi. 5. Incaricare il gruppo di lavoro IUPAP sulle donne nella fisica a: • rendere disponibili risorse utili a livello globale attraverso Internet; • analizzare brevi relazioni da parte dei leader del team dei vari paesi e dei Comitati di collegamento IUPAP sullo stato e il progresso delle donne nella fisica; • organizzare la quinta International Conference on Women in Physics nel 2014 e richiedere ai paesi membri IUPAP di inviare una piccola delegazione; • riferire alla 27a Assemblea generale IUPAP nel 2011.

[1] http://www.acitravel.co.za/event/index.php [2] http://wgwip.df.uba.ar/useful_resources/material_icwip11.html [3] http://physics.yale.edu/icwip4-wednesday-april-6-2011 [4] http://physics.yale.edu/icwip4-friday-april-8-2011 [5] http://physics.yale.edu/icwip4-thursday-april-7-2011 [6] http://www.aip.org/statistics/trends/highlite/women/global.pdf

68 < il nuovo saggiatore intervista A ettore fiorini

Ettore Fiorini ha partecipato alla scoperta dell’esperimento internazionale CUORE delle correnti deboli neutre e dei neutrini basato sulla stessa tecnica. Si occupa anche di solari a bassa energia ed ottenuto i primi limiti misure di Radioattività Ambientale. Professore sul decadimento beta doppio del 76Ge e del emerito presso l’ Università di Milano-Bicocca è nucleone. Ha suggerito l’applicazione dei membro dell’ Accademia Nazionale dei Lincei. rivelatori criogenici alla ricerca di eventi rari Gli è stato conferito il Premio Enrico Fermi e diretto con questa tecnica l’ esperimento dalla SIF e la medaglia del Presidente della CUORICINO, il più sensibile nella ricerca Repubblica per i Benemeriti della Scienza e sulla massa del neutrino. è spokesman della Cultura.

Parlarne di meno, saperne di più con misure di altissima sensibilità

Attorno a noi, nell’ambiente, e anche nel nostro corpo, si cinquantina in costruzione. I 149 in Europa producono circa il 30% verificano “eventi” come il decadimento di un nucleo, che possono dell’energia elettrica nel nostro continente. Non esistono reattori di essere molto frequenti, ma anche rari o rarissimi. Quali sono i potenza in Italia, ma 26 reattori europei sono entro 200 km dal confine metodi e le difficoltà nella rivelazione di eventi molto rari dovuti a del nostro paese. piccole tracce di radionuclidi? La presenza di radionuclidi provoca la cosiddetta radioattività Oltre al recente incidente a Fukushima causato, non dal naturale che non rappresenta ovviamente alcun problema per la terremoto, ma dal terribile tzu nami, ci sono stati in precedenza altri nostra salute. A questa si aggiunge, a volte con effetti considerevoli, incidenti rilevanti? la cosiddetta radioattività di origine antropica dovuta all’uomo. Negli Un primo incidente rilevante si è avuto al reattore di Three Miles esperimenti per la rivelazione di eventi molto rari quali quelli prodotti Island negli Stati Uniti, dove si è avuta la fusione del 60% del nocciolo dalle interazioni di neutrini solari o di ipotetici componenti della del reattore. Come è ben noto in questo caso il reattore si arresta, materia oscura, nonché nella ricerca di eventi nucleari rarissimi quali il ma la radioattività delle scorie, che può costituire fino al 10% della decadimento beta doppio occorre ridurre al massimo gli effetti dovuti potenza del reattore, può riscaldare fortemente il nocciolo a meno che alla radiazione naturale. La radiazione dovuta ai raggi cosmici, che continuamente bombardano la nostra atmosfera, viene ridotta installando l’apparato di misura in laboratori sotterranei quali i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, mentre la radioattività ambientale va ridotta schermando opportunamente lo strumento di misura e riducendo la contaminazione radioattiva intrinseca dello strumento stesso. Per rivelare la presenza di contaminazioni radioattive si ricorre alla spettroscopia di massa ed alle spettroscopie a e g. La fig. 1 mostra lo spettro g ambientale registrato con un rivelatore al germanio di elevata risoluzione energetica prima dell’ incidente di Fukushima. Si osservi la presenza, accanto ai picchi dovuti alla radioattiva sia fossile che cosmogenica, prodotta cioè dai raggi cosmici, anche un piccolo picco dovuto al 137Cs residuo della contaminazione dovuta a Chernobyl (questo nuclide ha una vita di dimezzamento 30 anni).

L’energia nucleare è una delle più importanti componenti del bilancio energetico dei paesi sviluppati. Quante centrali ci sono e quante sono Fig. 1 Spettro gamma di radioattività ambientale registrato a Milano-Bicocca nel in costruzione? Laboratorio di Basse Attività diretto da Ezio Previtali. I reattori di potenza al mondo sono 436 più una

vol27 / no3-4 / anno2011 > 69 esso non sia raffreddato sufficientemente. In questo caso la struttura aveva tenuto e l’emissione della radioattività nell’ ambiente è stata molto ridotta. Va però ricordato che l’effetto della fuoriuscita della radiazione è stato in questo caso trascurabile, anche se l’incidente ha causato un notevole panico nella popolazione. Un secondo e ben più grave incidente si è avuto nell’aprile 1986 in uno dei 4 reattori dell’ impianto nucleare di Chernobyl in Ucraina e fu dovuto all’ insensata gestione di un test sulla sicurezza (sic!) condotto tra l’altro da personale non qualificato. Va ricordato che gli operatori hanno successivamente ricevuto pesanti condanne attorno a dieci anni di carcere. In questo caso la fusione del nocciolo ha prodotto una grave esplosione con conseguente elevata fuoriuscita di materiale radioattivo, anche perché la parte superiore del reattore non era inspiegabilmente protetta da uno strato di cemento. Gli effetti sanitari locali furono molto gravi e causarono l’evacuazione di centinaia di migliaia di persone. A Milano nei giorni successivi all’incidente il nostro gruppo ha rivelato sia pur per pochi giorni attività solo di poco inferiori al limite di sicurezza. Fig. 2 Spettro del particolato atmosferico registrato a Milano-Bicocca da Max Quali sono i principali effetti dei diversi tipi di radiazione sulla Clemenza. salute dell’uomo? Dato che viviamo in un ambiente con radiazioni, quali sono i livelli certamente non pericolosi e quali i limiti fissati? Uno dei principali effetti dell’esposizione alla radiazione o dell’ingestione di sostanze radioattive è l’aumento di tumori. L’ così chiaramente rivelato per primi in Italia la presenza di 131I seguita da unità di dose efficace è il Sievert (Sv) che corrisponde a un Joule di quella del 134Cs e 137Cs nel particolato atmosferico, come si può osservare energia assorbita per chilogrammo moltiplicato per un “fattore di dallo spettro della fig. 2 dove il rivelatore che misurava la radioattività qualità” di carattere biologico pari a uno per raggi g ed elettroni, ma dei filtri d’aria era opportunamente schermato dalla radioattività che può raggiungere il valore 20 per le particelle a, particolarmente esterna. pericolose quando il radionuclide è ingerito. La dose media dovuta alla radioattività naturale in Italia è di qualche mSv per anno, ma può Siete realmente sensibilissimi, non vi sfugge nulla. Il assumere valori fino a dieci mSv/anno in zone vulcaniche. In alcune monitoraggio delle attività specifiche dei principali nuclei zone del Brasile può raggiungere valori fino a 50 mSv/anno e non vi radioattivi nell’atmosfera, nel terreno, nelle acque e nei cibi viene sono chiare indicazioni di un aumento di tumori. La legge europea fatto sistematicamente in Italia e in molti Paesi al mondo. Quali prevede che per una esposizione non medica non si deve superare sono le variazioni osservate in questa circostanza? un mSv/anno per la popolazione e 20 mSv/anno (50 negli USA) per i Questi monitoraggi sono svolti con molta efficienza dalle autorità soggetti professionalmente esposti. Può essere interessante notare che preposte (Arpa ed ENEA) in Italia e per quanto ne so nella quasi totalità l’ingestione del 210Pb presente nel particolato atmosferico causa nel dei paesi Europei. Mi è gradito comunicare che la nostra indicazione fumatore un aumento di dose del 30% circa. Naturalmente non è questa dello 131I è stata rapidamente confermata da numerose sedi Arpa in la ragione per non fumare! Italia (quella sugli isotopi del cesio era ovviamente molto più difficile). Non esiste una relazione sulla presenza di radioattività nella zona del Quali sono i principali impieghi di agenti ionizzanti per la reattore, ma ottime misure al KEK, a 165 km dal reattore ed in altre diagnostica medica e la cura di malattie? Ci sono esempi di incidenti parti del Giappone, dell’Europa e degli Stati Uniti. L’attività misurata nel che abbiano provocato eventi rari nell’ambiente, ma osservabili con particolato atmosferico al KEK immediatamente dopo l’esplosione è circa tecniche di alta sensibilità? un milione di volte di quella rivelata da noi, che è quindi assolutamente Sorgenti radioattive d’elevata intensità e macchine radiogene hanno priva di ogni rilievo sanitario. L’attività rilevata nei vari laboratori dipende come è noto ampio impiego in medicina nucleare, radiodiagnostica e non solo dalla distanza da Fukushima, ma anche dalle condizioni radioterapia. Va ricordato che la dose dovuta alla radiodiagnostica è pari atmosferiche. al 30% circa della dose naturale nei paesi sviluppati mentre cala attorno al 5% in quelli in via di sviluppo. Quali sono state e sono le tue reazioni a seguito di questi due Nel 1998 si è avuto un curioso ed allarmante incidente non dovuto ultimi incidenti nucleari? all’ energia nucleare. La fusione di materiale contenente 137Cs in una Come sai le mie ricerche riguardano quasi esclusivamente la fisica fonderia spagnola ha causato una considerevole presenza di questo e l’astrofisica delle particelle elementari, ma allo scopo di ridurre il radionuclide nell’atmosfera. Il nostro laboratorio era in grado di rivelare fondo nei vari esperimenti sugli eventi rari abbiamo dovuto realizzare una minima presenza di radionuclidi nel particolato atmosferico. un laboratorio in grado di rivelare contaminazioni radioattive minime. L’attività massima registrata è stata di una trentina di µBq per metro Il caso molto grave dell’incidente di Chernobyl ha rappresentato per noi cubo d’aria, pari ad un milione di volte meno di quanto da noi rilevato un’occasione unica da un punto di vista scientifico, ma tragica dal punto nel caso di Chernobyl e, quindi di nessun rilievo sanitario. di vista umano. Ricordo che dicevo allora che non mi sarei mai aspettato un test del genere, ma che ero certo che sarebbe stato l’unico. Non è Se basta così poco per produrre piccole tracce di isotopi stato così, anche se in quello di Fukushima il rilascio della radioattività è nell’ambiente, presumibilmente anche Fukushima avrà prodotto dovuto ad una non aspettabile tragedia e non ad un deprecabile errore qualche traccia osservabile a strumenti di alta sensibilità? umano. In effetti con una strumentazione più avanzata e con l’impiego di più filtri abbiamo raggiunto una sensibilità di circa 0.2 mBqm–3. Abbiamo A. Bettini

70 < il nuovo saggiatore recensioni

B. Deveaud-Plédran, A. Quattropani potential readers: quantum dynamics of and P. Schwendimann (Editors) atoms and photons in cavities, photon – Quantum Coherence in Solid entangling in semiconductors, quantum State Systems. Proceedings of the optics and quantum computing with International School of Physics quantum dots, molecule quantum “Enrico Fermi”. Course CLXXI. interferometry, decoherence and IOS Press, Amsterdam; SIF, Bologna, entangling, Josephson junction amplifiers, 2009; pp. XVIII + 553; € 190,00 induced transparency in semiconductors, coherent spectroscopy in nanostructures, “E ciò che fa la prima, E l’altre fanno”: coherent exciton polaritons, Bose-Einstein quantum coherence in solid state systems condensation of polaritons and magnons. To promote an active participation, the “More is different”, according to Phil participants attending the course had the personal emotion. Anderson. Indeed condensed-matter physicists opportunity to present their research in posters The possible Cooper pairing of polarons to are more and more looking at many-body and have the abstracts reproduced at the give superconductivity eventually became a systems as possible sources of emergent end of the volume. The collection of posters Leitmotiv of a famous 1983 Erice’s workshop on properties, not necessarily (or conveniently) suggests that quantum coherence research the Statics and Dynamics of Non-linear Systems, reducible to the elementary forces. In this is presently evolving along an impressive which the late Heinz Bilz and I organized at respect complexity defies reductionism. spectrum of new directions: more is beautiful! the Ettore Majorana Centre (Springer, 1984). A well-known example is the appearance The dedication of the volume to Franco The workshop originally focussed on structural of dissipative structures in non-linear Bassani in memoriam is of great significance for phase transitions in perovskites, indicated thermodynamics far from equilibrium: cosmos the extraordinary contribution he made in the electron-phonon interaction rather than out of chaos. Another “more”, dwelling at the theoretical physics of condensed matter and anharmonicity as inducing the ferroelectric cold side of the many-body world, is quantum its optical properties – two of the robust pillars transition. Thus, despite its disguising title, the coherence. Superconductivity, photons in on which the theory of quantum coherence in workshop brought polarons and bi-polarons lasers, entanglement of quantum states, solid state physics and many-body systems is into the game. superfluids and Bose-Einstein condensates, being built. The contemporary works by Devreese quantum Hall states, elementary excitations and Peeters (especially the seminal review from fast perturbations, all are manifestations G. Benedek in vol. 38 of Solid State Physics, 1984) and by of quantum coherence. Quantum coherence as Giuseppe Iadonisi and Franco Bassani (Il Nuovo an emergent property, besides being a rapidly Cimento D, 1983-84) as well as the contribution expanding branch of fundamental theoretical of Harry Thomas, played an important role. physics, is to become a basic ingredient for a Alexandre S. Alexandrov and Josef According to Karl-Alex Müller, Erix was the number of fascinating applications: quantum T. Devreese – Advances in Polaron inspiring muse for his revolutionary discovery computing and cryptography, plasmonics, Physics. Springer Series in Solid-State with Georg Bednorz. A crucial issue was phonon lasers, Bose-Einstein condensed Sciences. Springer-Verlag Berlin however the stability of bi-polarons, which polaritons for non-dissipative energy transport, Heidelberg, 2010; pp. 176, € 99,95 Devreese, Peeters and Verbist fully elucidated just to mention a few. a few years later with their work on scaling The proceedings of the CLXXI course of the Bipolarons: a new guest by the Coopers? relations and the enhanced stability in two International School of Physics “Enrico Fermi” dimensions. Sir Neville Mott liked the concept on Quantum Coherence in Solid State Systems, Shasha Alexandrov and Jozef Devreese very much. held in Varenna and beautifully edited by need no introduction in the polaron world. As a direct witness of this prologue to Benoît Deveaud-Plédran, Antonio Quattropani Their original contribution to the theory of high-temperature superconductivity (HTS), and Paolo Schwendimann, provide a wide polarons is long since held in the highest I argued with Jozef that it would be unusual overview on the impressive progress made esteem and much of the progress made in that a concept which led an experimentalist in recent years in the caleidoscopic field of the field can be referred to the work of the to a great discovery would not be right. I was quantum coherence. Although perfectly up- authors. While Devreese’s passion for polarons obviously referring to other theories of HTS to-date, the lectures collected in the volume dates back to his relevant Contributions to which have been suggested over the years, are all sufficiently extended to accompany the Polaron Theory (1964), actually his PhD one above all The Theory of Superconductivity the reader, whether a student or a young thesis work, Alexandrov’s authority relies on in Cuprates by P. W. Anderson (Princeton researcher, from the basic concepts to the his two previous seminal books Polarons and 1997). Jozef is instead “frankly afraid that even recent developments with graduality and a Bipolarons (World Sci., 1995) with Neville F. today we have no fully understanding of HTS” tutorial attitude. In this respect, as well as for Mott, and Theory of Superconductivity: from admitting however that polarons definitely the planning of the course and the (difficult) Weak to Strong Coupling (IOP, 2003). play a role in high-Tc materials in the normal choice of subjects and lecturers, a special After introducing with examplary clarity phase, as nicely shown by Paolo Calvani by praise is due to the editors. Good summer the theory of electron-phonon interaction in optical measurements (Optical Properties of school proceedings are hard to find nowadays, the Bloch and Wannier representations and Polarons, Compositori, 2001) . as hard to find are experienced colleagues who that of the continuum and latttice polarons, Whatever is the role of bi-polarons in are willing to write something like sixty printed the book enters the kingdom of bi- and superconductivity, their admission in the pages of lectures for a proceedings book. It multi-polarons, with a special consideration Coopers club has contributed to a great is fair to say this is a feature common to most for (bi-)polaronic superconductivity. This advance in the polaron physics, and Advances proceedings of the prestigious Varenna “Enrico part of the book, especially its chapter 6 on in Polaron Physics is a perfect textbook for an Fermi” School, thanks to the traditional care polarons and bipolarons in advanced materials upgrading of our knowledge in this important and far-sighted policy of the Italian Physical (high-temperature superconductors, colossal field. Society in educational matters. magnetoresistance oxides, nanostructures), Just a list of the subjects may orient the raises many interesting questions and some G. Benedek

vol27 / no3-4 / anno2011 > 71 F. Dyson – Turbare l’universo. della collaborazione con Nuova Edizione accresciuta, Oppenheimer nel lungo Bollati Borlinghieri, Settimo Torinese periodo passato presso (TO), 2010; pp. X + 331; € 27,00 l’Institute of Advanced Studies di Princeton, sono Freeman Dyson, uno scienziato che nella veramente essenziali per sua vita non si è limitato a occuparsi di ‘fisica capire la crescita scientifica dura’: i suoi contributi sulla teoria quantistica di Dyson. Una curiosità che dei campi, sulla fisica dei solidi, sull’ingegneria mi piace sottolineare è il nucleare restano delle pietre miliari, ma la sua suo incontro con il poeta mente aperta all’osservazione del mondo, Eliot, presente a Princeton anzi dell’universo, lo ha portato a occuparsi in quel periodo. Si staglia anche di ambiente, di rapporti tra scienza e vivida anche la figura di fede, insomma a cercare risposte alle domande Oppenheimer, descritto che qualunque persona dotata di ingegno da Dyson come un grande genio, che “prima I. Chremmos, O. Schwelb and e di curiosità non può fare a meno di porsi. aveva contribuito a scatenare sull’umanità N. Uzunoglu (Editors) – Photonic Non è mai stato insignito del Premio Nobel, un nuovo flagello, poi cercava di mitigarne Microresonator Research and perché, come egli osserva, per vincerlo bisogna le conseguenze”, pagando poi di persona le Applications. Springer Series in occuparsi dello stesso argomento per almeno sue idee pacifiste. Il racconto si snoda poi, Optical Sciences. Vol. 156, Springer, dieci anni, cosa che non è nel suo carattere; ma sempre con grande scioltezza, sui periodi in UK, 2010; pp. XI + 517; € 176,75 i suoi lavori a carattere multidisciplinare sulla cui Dyson si è occupato di reattori nucleari a scienza gli hanno valso il prestigioso Premio sicurezza intrinseca e poi di ricerche spaziali, Negli ultimi anni si è avuta una crescita Templeton. Turbare l’universo, scritto nel 1979 partecipando a quella che egli chiama ‘la imperiosa del campo della fotonica, ossia e pubblicato in edizione italiana nel 1981, esce battaglia dei giganti’, cioè la ‘guerra’ tra russi della disciplina che tratta la generazione, nel 2010 in una nuova edizione aggiornata e americani per la conquista dello spazio. propagazione, manipolazione, rivelazione edita da Bollati Boringhieri. Si tratta di una Il progetto “Orione” a cui lavorò Dyson era delle onde elettromagnetiche. Si tratta di sorta di diario, un’autobiografia, che mette in veramente affascinante, cioè mandare entro un’area di ricerca al confine fra la fisica e luce la grande apertura mentale, la brillante il 1970 un razzo su Encelado, un satellite di l’ottica, l’elettronica quantistica, l’ingegneria intelligenza e la tensione intellettuale con cui Saturno, utilizzando motori a propulsione elettronica e delle telecomunicazioni. La fertile questo grande scienziato, uno dei massimi nucleare. è divertente come Dyson parla della unione con le nanotecnologie ha contribuito protagonisti della fisica contemporanea, sua esperienza come ingegnere: “un buon a creare il settore della micro- e nanofotonica. affronta e discute problemi quali il futuro della scienziato è una persona con idee originali: un Le motivazioni per lo sviluppo di questo tecnologia, la corsa agli armamenti, il disarmo, buon ingegnere è una persona che progetta un campo hanno aspetti applicativi e di base, le armi di distruzione, le fonti di energia, la meccanismo che funziona , mettendoci il minor strettamente collegati. Dal punto di vista questione ambientale, cercando, per usare le numero possibile di idee originali…”. Numerosi applicativo un obiettivo ultimo è il “processing” sue parole, di descrivere ai non scienziati il sono gli spunti interessantissimi toccati poi nel dell’informazione tramite la luce (evitando modo in cui la condizione umana appare a chi libro, dal confronto tra l’impresa del Mayflower la conversione di segnali elettromagnetici in è scienziato. e la colonizzazione degli asteroidi alle segnali elettrici), utilizzando sistemi integrati I ricordi di Dyson iniziano da quando, a otto battaglie, sostenute con l’amico Teller, contro in guida d’onda e che possano essere scalati anni di età, gli capitò di leggere La città magica, la messa al bando degli esperimenti nucleari e verso dimensioni micro- e sub-micrometriche. di Edith Nesbit, una storia, come egli afferma, al suo successivo ravvedimento per la ratifica Dal punto di vista di base, la fotonica segue la non solo di bambini pazzi, ma di un universo del trattato. L’ultima parte del libro è dedicata stessa evoluzione che per i sistemi elettronici pazzo. a visioni utopiche sul futuro del mondo, con ha portato allo sviluppo delle nanostrutture Dice Freeman: “quel che vedo adesso, e alcuni geniali ‘esperimenti ideali’, a fantasiose, di semiconduttori: il confinamento della luce non vedevo a otto anni, è che l’universo ma divertenti, ipotesi sull’espansione del su scala micro- e sub-micrometrica conduce pazzo della Nesbit assomiglia moltissimo a genere umano nelle galassie e, infine, al ad una serie di effetti nuovi, in particolare per quello in cui viviamo”. Di particolarmente principio antropico. L’aggiornamento rispetto quanto riguarda i fenomeni di interazione scorrevole lettura, sono i ricordi di Freeman all’edizione del 1981 riguarda Riflessioni eretiche radiazione-materia e di elettrodinamica adolescente che si avvicina alla matematica sulla scienza e sulla società , un intervento quantistica in cavità. appassionandosi allo studio delle equazioni tenuto da Dyson nel 2007 al Festival della In questo senso, i microrisuonatori – o cavità differenziali, immergendosi completamente Scienza di Genova. La principale riflessione fotoniche – rappresentano il sistema cardine in questa lettura. I suoi ricordi di guerra, la ‘eretica’ riguarda i cambiamenti climatici. per le più importanti funzionalità ed effetti seconda guerra mondiale, sono visti da un Dyson è scettico sulle diagnosi avanzate per fisici che possono essere ottenuti “on-chip”. particolare osservatorio: prima col padre, il riscaldamento globale, cioè sul possibile Il trattamento dell’informazione su base ottica direttore d’orchestra, a Londra sotto le V1 effetto dell’uomo e soprattutto sull’affidabilità richiede di utilizzare effetti di interazione (le prime bombe volanti), poi in servizio dei modelli di previsione per il futuro, data la fra fotoni al fine di ottenere l’”all-optical al comando bombardieri della RAF. Il suo complessità dei fattori in gioco. switching”: le necessarie nonlinearità ottiche compito era quello di cercare di programmare A mio parere la lettura di questo libro è risultano fortemente aumentate in cavità ad le missioni sulle città tedesche in modo da particolarmente stimolante, ma, come dice alto fattore di merito e/o con piccoli volumi rendere minime le perdite di aerei inglesi: è Freeman: “Questo libro si propone di aiutarvi modali. Con le dovute cautele, le strutture una parte veramente interessante del libro, che a capire. Se lo troverete soltanto divertente o quali risuonatori ad anello, microdischi e mette in luce aspetti del tutto sconosciuti della sconcertante, non sarà riuscito nel suo intento. microtoroidi, cavità a cristallo fotonico, stanno guerra. Sui suoi ricordi, entra pesantemente Ma se non vi troverete niente di divertente o ai sistemi tradizionali per lo “switching” ottico Hiroshima e quindi il suo giudizio sulle armi sconcertante,avrà fallito ancora di più”. come il transistor a effetto di campo sta alle nucleari. I racconti del suo apprendistato valvole a vuoto. Non solo le energie richieste scientifico sotto la guida di Hans Bethe e E. Sindoni per la commutazione ottica sono molto più

72 < il nuovo saggiatore recensioni

basse, ma i sistemi sono scalabili verso una sistemi basati sulla riflessione totale interna) densità di integrazione limitata solo dalla rispetto alle strutture più innovative quali le lunghezza d’onda della luce nei materiali cavità a cristallo fotonico, che hanno avuto dielettrici. enormi progressi negli ultimi 5 anni. Sono Il libro edito da Springer, che consta di trattati poco i sistemi attivi quali i nano-laser. 19 capitoli scritti da vari esperti dei singoli In generale, il fisico con esperienza prevalente argomenti, fornisce una panoramica di semiconduttori, ottica classica e quantistica, ampia e aggiornata sulle varie tipologie di interazione radiazione-materia, troverà questo microrisuonatori, sulla teoria e i metodi di libro molto utile in quanto copre argomenti design, sui principali effetti fisici in gioco e diversi da quelli della sua formazione. sulle applicazioni. I primi 12 capitoli sono La qualità dei singoli capitoli del libro è molto dedicati a risuonatori basati sul principio buona, in alcuni casi ottima. È pregevole lo della riflessione totale interna: risuonatori sforzo degli editori e degli autori per una ad anello (ring resonators), microdischi e impostazione unitaria dei vari capitoli. microtoroidi, microsfere. Ad un primo capitolo Un’ultima osservazione: i settori di ricerca considera una iattura lo smembramento di introduzione generale seguono vari capitoli trattati in questo libro, e più in generale il dell’Unione Sovietica considerato come la dettagliati sui metodi di design e simulazione campo della fotonica, sono spesso perseguiti realizzazione del sogno di Hitler. Nella visione nonché su applicazioni e sistemi più complessi all’estero in dipartimenti quali applied physics di Alferov il Paese, che fino a pochi anni orsono per il processing dell’informazione su base and optical science, electrical engineering, era l’avamposto della pace e del socialismo, si ottica: vengono trattati ad esempio i fenomeni photonics. In Italia, la separazione netta è trasformato in un’accozzaglia di disonesti che di rotazione della polarizzazione, rallentamento che esiste a livello di corsi universitari fra sfruttano il lavoro altrui e la scienza per scopi e arresto della luce, riconfigurazione in Facoltà di Ingegneria e di Scienze MM FF personali ai fini di un arricchimento. L’autore risuonatori accoppiati, controllo e “tuning” NN rende più difficile l’unione fra le due ama la scienza sovietica, ricostruisce il percorso dinamico, all-optical switching. I capitoli 11 e anime. Anche in questo senso, il libro dell’Istituto Ioffe nel corso degli anni tramite 12 sono dedicati alle importanti applicazioni può essere particolarmente utile ad un l’opera di grandi fisici sovietici mettendone in di “sensing” (biologico e chimico), ossia fisico per introdurre nei corsi di laurea e luce i diversi e fondamentali contributi, difende all’utilizzo dell’elevata risoluzione spettrale e dottorato argomenti tradizionalmente vicini il valore etico-sociale della ricerca scientifica sensibilità a variazioni dell’indice di rifrazione all’ingegneria elettronica, contribuendo così sovietica e considera in pratica trascurabile il dei risuonatori per la rivelazione di molecole ad una più vasta formazione e ad ampliare le contributo delle spie alla realizzazione della specifiche. I capitoli 13, 14, 15 trattano i opportunità professionali e di ricerca. bomba nucleare sovietica. Si può in parte risuonatori che si basano, oltre che sulla condividere l’ideologia dell’autore ma è riflessione totale interna, sul principio della L. C. Andreani innegabile la forza, l’entusiasmo e la credibilità riflessione di Bragg: in particolare nel cap. 14 con cui viene professata come testimoniato vengono trattate le cavità a cristallo fotonico. anche dai suoi numerosi interventi e discorsi Queste strutture, che sfruttano la formazione Z. Alferov – Scienza e Società. alla Duma e dalle diverse interviste riportati di un band-gap fotonico in una guida d’onda Introduzione di Carlo Rubbia. Sandro nel libro. Alferov ritiene caratteristica precipua planare o lineare, permettono di ottenere Teti Editore, Roma, 2006; pp. 334; della ricerca scientifica la stretta relazione fattori di qualità elevatissimi (il record attuale € 20,00 con la tecnologia e in ultima analisi con è superiore a 2·106) unitamente a volumi del l’industria. In un’intervista a proposito del modo di cavità inferiori a (l/n)3, dove l è la Il libro, ricco di ricordi, aneddoti e rinnovamento dell’industria elettronica lunghezza d’onda e n è l’indice di rifrazione curiosità fornisce al lettore uno spaccato l’autore dice ”L’Istituto Ioffe potrà operare con effettivo. Le cavità a cristallo fotonico – con vivace della vita degli scienziati in Russia tranquillità solo quando a San Pietroburgo dimensioni caratteristiche sub-micrometriche, nell’ultimo sessantennio. Lo scrittore è stato sorgerà una vera, grande industria elettronica, da cui il nome nanocavità – permettono di un protagonista della ricerca scientifica nel in grado di sviluppare nuove tecnologie”. scalare le funzionalità fotoniche su dimensioni settore dei semiconduttori ed è stato, infatti, In un’altra sostiene che “Nessuna scienza, molto inferiori a quelle consentite dai insignito del premio Nobel per la Fisica nel nemmeno quella fondamentale può sussistere microrisuonatori. I capitoli 16-19 sono rivolti a 2000 per i suoi contributi fondamentali allo se non trova applicazioni nel proprio paese”. strutture ed applicazioni emergenti: molecole studio delle proprietà di eterostrutture a E sull’importanza della ricerca “è chiaro, quindi, fotoniche e “spectral engineering”, circuiti semiconduttore ampiamente utilizzate nella che non esagero quando sostengo che, se di risuonatori a microsfere, microrisuonatori tecnologia di dispositivi elettronici e fotonici. Il una speranza di risollevare il nostro Paese accoppiati a dispositivi microelettromeccanici libro si articola in diverse sezioni che trattano c’è, essa è senz’altro legata al progresso del (MEMS), applicazioni alla comunicazione e al in una visione unitaria i molteplici aspetti della nostro potenziale scientifico e tecnologico.” processing di segnali. sua vita: dai rapporti familiari a quelli sociali, Considerazione valida e di estrema attualità La panoramica risultante è molto da un’attenta e partecipata ricostruzione anche da noi. Il libro però ha un grande neo: aggiornata e rappresentativa dei vari settori storica dell’Accademia delle Scienze Sovietica i numerosi svarioni nella traduzione dei termini di ricerca relativi alla fotonica dei micro- e e dei personaggi e scienziati coinvolti, scientifici, in particolare presenti nella lezione nanorisuonatori, pur con alcune inevitabili all’entusiasmo per il lavoro, alla sua passione tenuta a Stoccolma da Alferov in occasione del scelte. L’impostazione è spesso più vicina a per la fisica e alle recenti difficoltà causate dal conferimento del Nobel. è necessario che gli quella dell’ingegneria elettronica rispetto dissolvimento dell’Unione Sovietica e della editori di opere come questa si avvalgano della a quella della fisica: per fare un esempio, conseguente drastica riduzione dei fondi per supervisione di esperti nel settore considerato non vi è alcuna menzione degli aspetti di la ricerca scientifica e tecnologica. Alferov è per evitare tali inconvenienti. elettrodinamica quantistica in cavità e tutte un convinto assertore del socialismo, descrive le trattazioni e i fenomeni studiati sono a senza rancore le purghe staliniane che hanno E. Rimini livello del campo elettromagnetico classico. anche minacciato la sua famiglia, ricorda con Vi è una maggiore copertura dei sistemi più commozione il fratello, al quale è dedicato tradizionali (risuonatori ad anello e in generale il libro, caduto nella difesa di Leningrado,

vol27 / no3-4 / anno2011 > 73 parte di Anthony sperimentali rilevanti ed approfondite analisi French, che era teoriche, in un campo come quello delle un membro della nanostrutture, dove le implicazioni concettuali missione British della meccanica quantistica sono all’origine sulla mesa. Anche di effetti sorprendenti. Detto in breve: questo attraverso il filtro di lavoro costituisce una inesauribile miniera di French, rifulgono informazioni sperimentali e tecnologiche, oltre le superiori qualità che una guida teorica rigorosa ed essenziale. espositive di un Il primo capitolo ha carattere introduttivo, S. Esposito and O. Pisanti (Editors) master come Fermi, capace di creare almeno ed offre una panoramica dei temi che saranno – Neutron Physics for Nuclear due scuole di fisica di livello eccelso, sulle due sviluppati nei capitoli successivi; da notare Reactors. Unpublished Writings by sponde dell’Atlantico. E forse anche una terza che diverse di queste tematiche entrano Enrico Fermi. World Scientific, New scuola più a est, grazie a uditori come il fisico per la prima volta in forma sistematica in un Jersey, London, Singapore, Beijing, tedesco Klaus Fuchs, anch’egli membro della libro di testo. Il secondo capitolo riguarda Shanghai, Hong Kong, Taipei, delegazione britannica a Los Alamos, nonché le proprietà di sistemi confinati e gli effetti Chennai, 2010; pp. XXXV + 665; spia attiva per l’allora URSS. di quantizzazione in eterogiunzioni, buche £ 76,00 quantiche, superreticoli, fili quantici, atomi L. Belloni artificiali. Il capitolo riporta novità ed Il Premio Nobel Wolfgang Pauli era famoso aggiornamenti sui sistemi elettronici a bassa anche per i suoi giudizi taglienti. Forse stizzito dimensionalità basati su materiali tradizionali, per non essere stato coinvolto nell’impresa ed include inoltre aspetti degli stati elettronici di Los Alamos, una volta sibilò fra i denti, che in grafene e nanotubi di carbonio. Il capitolo Enrico Fermi era ”ein quantum Ingenieur”. D. K. Ferry, S. M. Goodnick and successivo riguarda differenti metodi di calcolo Emerge soprattutto l’ingegnere quantistico J. Bird – Transport in Nanostructures. per il trasporto quantistico di carica in sistemi nel volume curato da Salvatore Esposito e Seconda edizione. Cambridge non lontani dall’equilibrio, con particolare Ofelia Pisanti, dell’Università Federico II e della University Press, 2009, pp. 659; attenzione al tunneling e al tunneling risonante. sezione dell’INFN di Napoli. $103,00 Il capitolo 4, centrale nella economia Comprende la serie di brevetti, richiesti del volume, riporta fra l’altro una accurata da Fermi e collaboratori negli anni 1945-46. Questi ultimi anni hanno testimoniato una rassegna storica ed una approfondita Opportunamente secretati, vennero resi esplosione di interessi scientifici e tecnologici analisi critica degli esperimenti e delle linee pubblici a distanza di molti anni, anche dopo il nel campo delle nanostrutture. è questa interpre-tative dell’effetto Hall quantistico, decesso del sommo fisico, avvenuto nel 1954. un’area di ricerca in grande espansione, intero e frazionario. A trenta anni dalla Si tratta di corposi “technical report” che ricca di risultati e di promesse, coinvolgenti scoperta, è questo un argomento tuttora di riguardano tutti gli aspetti dei reattori allora affascinanti tematiche di recente o recen- frontiera, che più di una volta è sembrato conosciuti. Con una abbondanza di idee e tissima esplorazione. Le numerose novità sul punto di essere denitivamente risolto, di dettagli, che non compaiono nei lavori apparse in letteratura con l’inizio di questo e tuttavia continua a porre nuove sfide alla pubblicati all’epoca. secolo sono state una delle ragioni che hanno completezza delle formulazioni teoriche. Quando venne pubblicata l’opera omnia di motivato la seconda edizione di “Transport in La soddisfacente interpretazione dell’effetto Fermi, nella prima metà degli anni Sessanta, Nanostructures”, dopo l’edizione originale del Hall intero, ben presentata scientificamente quei brevetti erano già tutti de-secretati. Ma 1997. La seconda edizione è stata modificata e pedagogicamente in questo volume, non vennero “dimenticati”. La tecnologia nucleare estesamente con l’aggiunta di nuovo ha tuttavia permesso di anticipare quello era, ed è, un settore molto sensibile, per cui materiale che si era accumulato negli ultimi frazionario. Similmente, l’interpretazione probabilmente non fu ritenuto opportuno anni; la presentazione, la scelta e la sequenza dei primi risultati sperimentali sull’effetto divulgarla troppo. degli argomenti è stata razionalizzata, ben Hall frazionario con fattore di riempimento Il primo brevetto, presentato nel volume, è organizzata didatticamente e scientificamente, 1/3 non hanno permesso una completa però quello del 1934,intitolato “Metodo per ed appare in una veste ampiamente rinnovata. anticipazione degli effetti frazionari osservati accrescere il rendimento dei procedimenti Le linee guida degli autori nello scrivere successivamente nei laboratori. Come per la produzione di radioattività artificiale questo trattato sul trasporto in sistemi commentano gli autori a questo punto della mediante il bombardamento con neutroni”. Era mesoscopici emergono con evidenza con loro coinvolgente rassegna “there was more il brevetto italiano, risalente al periodo della lo scorrere delle pagine, e possono così strangeness ahead, as if quasi-particles with via Panisperna. Poi esteso agli USA, conobbe riassumersi: illustrare e discutere gli aspetti fractional charge were not strange enough”. vicende complicatissime, già ricostruite da sperimentali rilevanti, coprire i principi La rassegna continua descrivendo criticamente Simone Turchetti, nella sua biografia di Bruno fondamentali del trasposto quantistico in i vari scenari che hanno accompagnato Pontecorvo. Il testo originale italiano del 1934 modo rigoroso mantenendo il formalismo le osservazioni degli effetti frazionari non è mai stato pubblicato. Qui i curatori ad un livello pedagogicamente accessibile, con denominatori dispari, il concetto di presentano la versione inglese, quella destinata trasmettere spunti e prospettive dei nuovi fermioni compositi per la interpretazione di all’ufficio brevetti USA nel 1935. orizzonti aperti dalla ricerca di frontiera. denominatori pari, e la possibile emergenza di Fra gli inediti, vi sono gli appunti, Un’altra caratteristica peculiare di questo stati frazionari di fermioni compositi, originati a diligentemente presi alle lezioni tenute libro è la cura con cui, nei diversi argomenti, loro volta da fermioni compositi. Stando così le da Fermi all‘ Università di Los Alamos, da vengono presentati con pari enfasi risultati cose, osservano gli autori, “if this were the limit

74 < il nuovo saggiatore recensioni

of strangeness, one perhaps could be satisfied”. binaries are all but persistently bright, this I successivi due capitoli del libro sono simplification is relaxed in chapter 4, where focalizzati sul trasporto in fili quantici e punti time-dependent phenomena in the disc are quantici, e contengono nuovo materiale su considered. As their physical understanding by questi promettenti filoni di ricerca. simple analytic considerations is much harder Nel capitolo 7 sono discussi i sistemi than in the steady-state case, the approach is debolmente disordinati. Il ruolo della U. Kolb – Extreme Environment to investigate the steady-state solutions and temperatura in vari meccanismi di trasporto Astrophysics. Cambridge University search for instabilities in the disc. After having e la funzione di Green a temperature finite Press, New York, 2010; pp. 287; built a fairly detailed model for an accretion sono esaminate nel capitolo 8. Nell’ultimo £ 75,00 disc, the author checks it against observations capitolo vengono presentati vari metodi in chapter 5. Observational signatures of di simulazione del trasporto in dispositivi High-energy astrophysics involves the study accreting systems are considered, mainly in elettronici. Fra gli argomenti di rilievo of highly dynamic and energetic phenomena the optical waveband, focusing on techniques disseminati in questa seconda parte del testo, occurring in “extreme” environments in the used to form images of accreting systems desidero qui soffermarmi sugli sviluppi delle cosmos. The textbook “Extreme Environment indirectly, such as eclipse mapping and funzioni di Green fuori dall’equilibrio nel Astrophysics” by Ulrich Kolb is an ideal tool Doppler tomography. The underlying principle formalismo di Keldysh. Tale formalismo sta to enter one of those extreme worlds, that of is the use of time-varying flux information to assumendo un ruolo sempre più importante accreting systems. The accretion is indeed one infer spatially varying distribution of material. nella descrizione del trasporto quantistico of the most important astrophysical processes This leads to chapter 6 (main author Robin nel campo delle nanostrutture. E tuttavia un in the Universe, where a gravitating body Barnard) where the X-ray vision of accreting ostacolo ad una maggiore diffusione di questo grows in mass by accumulating matter from systems is presented. From X-ray binaries prezioso strumento sta nel fatto che i principi an external reservoir. The key importance of to AGNs, the chapter discusses the various fondamentali alla base della teoria a molti this process is that it liberates gravitational ways that these systems produce X-rays corpi appaiono per lo più in articoli molto potential energy, making accreting objects and how observed X-rays emission provides specialistici. Il testo di Ferry e collaboratori very powerful sources of energy. The focus an invaluable diagnostic on the physical pone fine a questa situazione, con una valida of the book is on astrophysical systems with processes at play. Chapter 7 (main author descrizione del formalismo, accompagnata da accreting compact objects: compact binaries Hara Papathanassiou) examines the physics quei dettagli ed informazioni collaterali, capaci and super-massive black holes in the center of outflows, i.e., winds, jets, outbursts or di trasformare una formulazione astratta in un of galaxies. The former include a compact explosions. Relativistic jets in X-ray binaries, prezioso strumento investigativo. star accreting matter from a companion, AGNs and GRB are mainly addressed thus Il volume “Transport in Nanostructures” è the accretor and the donor, respectively. Black paving the way to the final chapter 8 on the particolarmente adatto per un corso annuale, holes swallow clouds of interstellar gas or dust, most energetic and most extreme known comprendente due semestri, per la laurea or even whole stars, from their vicinity. events, gamma-ray bursts. This chapter lays specialistica in fisica in primo luogo, ma anche The book is divided into logically organized out the properties of GRBs, describes the basic per le lauree specialistiche in scienza dei chapters, starting from the basics of mass model and uses it to interpret the observations materiali ed ingegneria elettronica. accretion to the description of gamma-ray and to present the most favored candidate Il corso ben si addice inoltre agli studenti bursts (GRB), the most energetic and extreme objects. di dottorato che, nelle rispettive lauree events in the Universe. Besides being clearly written with deep specialistiche, non avessero seguito tematiche Chapter 1 reviews the concept of mass knowledge of the most relevant issues in the affini. Da un punto di vista didattico, accretion and its importance as a source of field, the book is beautifully illustrated. It is rich è caratteristica costante di questo trattato energy. It shows the particular significance of in very clear schemes, faithful reproductions of condurre con gradualità il lettore dai modelli accretion in stellar systems involving a compact plots published on physics journal and superb iniziali fino ai risultati innovativi della ricerca accretor such as white dwarfs, neutrons stars images of different astrophysical objects. Each avanzata, illustrando i fondamenti teorici or black holes. It introduces the reader to chapter has plenty of exercises, some of them e gli aspetti applicativi della fisica delle binary stars (two stars orbiting the common presented as “Worked Examples”, exercises nanostrutture in forma approfondita. center of mass) and to Active Galactic Nuclei with solutions. Key formulas and concepts are Il libro fornisce quel bagaglio culturale di (AGN, galaxies powered by accreting super- clearly highlighted through usefully colored base che dovrebbe essere comune a tutti massive black holes). Chapter 2 focuses on graphical boxes. The concise summary at the coloro, studenti, ricercatori e docenti, la compact binaries, where one component is a end of every chapter is a precious help to verify cui attività è orientata, o si sta orientando, compact accretor. It describes quantitatively the learning of concepts and formulas. nell’ambito delle nanoscienze. In conclusione, the mass transfer, the accretion flow, and its Conceived for advanced undergraduate è facile anticipare che questo testo occuperà un driving mechanisms, with respect to the orbital students, it may be employed in the biennium posto speciale nello scaffale personale dei libri, characteristics of the binary. Having shown of the Italian physics course at the university. formativi ed informativi, che accompagnano that the most common form of accretion flow It represents also a nice compendium both la vita professionale di quanti sono coinvolti is a disc (i.e., confined to the orbital plane for PhD students as well as for research nell’affascinante universo delle nanoscienze. around the accretor), the author takes a closer astrophysicists. Moreover, being designed to look at its structure in chapter 3. He develops be a self-study text, it can be used as a tool for G. Pastori Parravicini a quantitative model in the simplified case of distance teaching courses. steady-state discs (i.e., where the accretion is the same at all times). As in fact most accreting P. L. Ghia

vol27 / no3-4 / anno2011 > 75 Thierry Dauxois, Stefano Russo and necessary background about what has been The Primordial Density Perturbation, an Leticia F. Cugliandolo (editors) – Long- achieved so-far and what is likely to come update to the 2000 “Cosmological inflation and Range Interacting Systems, Les Houches in the near future. I believe this volume will Large Scale Structure“ by the same Authors 2008, Session XC. Oxford University remain for long an essential textbook and a is meant expressly for graduate students Press, Oxford, 2008; pp. 583, $ 79,95 reference to young researchers wishing to and up. This last volume, clearly a textbook, enter this expanding research field. with exercises, diagrams and plenty of Atoms and galaxies have in common the mathematics has no pretty pictures, of which, property of being held together by long- G. Benedek on the contrary Gravity’s Fatal Attraction range elementary forces, the Coulomb and is overabundant (around 200). Curiously the gravitational force, respectively, both in the Begelman and Rees book there are being inversely proportional to the square of plenty of colour diagram which would have the distance. Thus the statistical mechanics M. Begelman and M. Rees – Gravity’s looked appropriate also in the other two of long-range interacting systems covers Fatal Attraction. Black Holes in the books here reviewed. This confirms my point many areas of research, encompassing all Universe. Second Edition. Cambridge about the common theme. While Gravity’s domains of condensed matter physics, Bose- University Press, Cambridge, New Fatal Attraction blends observations and Einstein condensation, transport theory, York, Melbourne, Madrid, Cape theory, diluted with metaphors, providing hydro- and aerodynamics, plasma physics, up Town, Singapore, São Paulo, Delhi, brilliant examples of how ultimately Physics to astrophysics and cosmology. Non-linear 2010; pp. 302; £ 19,99, $ 36,99 works, the cosmological textbook hardly dynamics and non-equilibrium statistical mentions experiments although the progress mechanics are conditions frequently met in D. H. Lyth and A. R. Liddle – The of “precision” Cosmology is acknowledged long-range interacting systems and are the primordial Density Perturbation. in the introduction as due to space-borne essence of a large variety of phenomena in Cosmology, Inflation and the Origin experiments i.e. COBE, WMAP and now Planck. disparate fields like geophysics, meteorology, of Structure. Cambridge University Gravity’s Fatal Attraction includes, in this economy and finance, sociology, physiology Press, Cambridge, New York, edition, also Gamma-Ray Bursts. It is interesting and medicine, evolutionary biology, etc. Melbourne, Madrid, Cape Town, to notice how two brilliant Science popularisers Complexity, whatever is the meaning Singapore, São Paulo, Delhi, 2009; can concentrate in 14 pages, with no basic attributed to such (much abused) keyword, pp. XVIII + 497; £ 40,00, $ 75,00 loss of information, what Vedrenne and as well as self-organization, order, selectivity Atteia need more than 500 pages to do with and many unreducible properties emerging at G. Vedrenne and J. L. Atteia – Gamma- scientific rigor and historical perspective. This different scales, may find their origin in long- Ray Bursts. The Brightest Explosions shows what kind of scaling factor is needed to range interactions. Although these wide, cross- in the Universe. Springer, Berlin, transfer professional scientific knowledge into disciplinary areas of research have their roots Heidelberg, New York, 2009; a comprehensive and authoritative popular in the great developments of non-equilibrium pp. XXXIX + 571; € 29,95 account. Details of physical mechanisms, statistical physics of nonliner dynamics during models, observations are explained in well the first half of the last century, the statistical The underlying theme among these three placed boxes in the text integrated with systems held together by long-range forces books is the extreme physical conditions exhaustive but long figure captions. were poorly understood until recently. implied in explaining the nature of Black Hole Gamma-Ray Burst were serendipitously All this should therefore explain the primary phenomena, Gamma-Ray Burst and the most discovered over 30 years ago. A curiosity at relevance of the 2008 Les Houches XC Session extreme case of all: the Universe itself. first, then became a puzzle which generated devoted to Long-Range Interacting Systems The major difference among them is the a two decades long debate about their origin: and directed by three renown scientists in the level at which the phenomena are presented galactic versus extragalactic. field, who have then edited this important and explained and therefore the audience they Eventually the problem was solved thanks volume. The six parts of the proceedings offer address. to the invaluable contribution of observations a wide coverage of the subject: statistical Gravity’s Fatal Attraction, an update to the by the Italian-Dutch X-Ray satellite Beppo-SAX. dynamics, hydrodynamics, the mathematical first very successful edition of 1995, is meant Their extragalactic origin implied an associated aspects, gravitational interaction, coulomb for the intelligent but general readership. energy per event second only to the Big Bang and wave-particle interactions, and dipolar Gamma-Ray Burst (GRB) is a historical itself. More than 9000 papers have been interactions in condensed matter. The lecturers compendium of the GRB phenomena from published on GRBs a good selection of which and authors of the chapters form is impressive their serendipitous discovery to the present quoted in the book. list, all being leading scientists in the respective state of the art. The readership addressed is This volume can be split into two parts, the fields. Despite this area of research is now mostly senior Physics and Astronomy graduate, first part has a great historical value as it takes rapidly growing, this book provides, in a style graduate students and professional research the reader over each step made before solving accessible to graduate and PhD students, the scientists. the nature of the burst. This part of the book

76 < il nuovo saggiatore recensioni

can be read by people with little training in reality. The Big Bang (BB) theory tore Physics. It would be a perfect introduction the Newtonian model of the Universe for an undergraduate course in high-energy apart. Even if most modern cosmological astrophysics. observations can be somehow explained in The second part is addressing a different the framework of BB theory the idea of one readership. Graduate students and research day with no yesterday is hard to visualize. scientists entering the field. Because of this This brought John Wheeler to ask for a dual purpose the volume should be present in new foundation of the basics of Physics any Physics and Astronomy library. “because” he concluded “time is in trouble”. The Cosmology textbook is a solid In this small book Professor Frampton compendium of all the theory behind inflation explains that there may be an answer to and the perturbations which eventually give the time problems which reconciles BB with a raise to cosmic structures. concept of absolute time. This answer comes, A. De Angelis − L’enigma dei raggi Essentials of Special and General Relativity he claims, from a model of cyclic universes cosmici. Le più grandi energie are given in Part I. which, individually, may have a time which has dell’Universo. 1st Edition. Springer, Part II describes the Universe after the first a beginning, and probably an end, but through Heidelberg, 2011; pp. X + 150; second. the cycles is absolute and eternal. € 24,95 Part III deals with Field Theory and Part IV The book is written with young, non with inflation professional readers in mind. The goal is to help Sono passati cent’anni dalla scoperta dei Computations start one second after the Big them to become familiar with recent scientific raggi cosmici, particelle di alta energia che ci Bang and the arguments for doing this are very developments of theoretical cosmology portano messaggi, a volte ancora enigmatici, convincing. The path from there to the growth without mathematics. dall’Universo. Ne abbiamo imparato of perturbation is then followed step by step. The book starts from the very basics of moltissimo, ma non tutti i loro misteri sono In summary: the present textbook is cosmology. Remarkably clear is the series of stati chiariti. Il loro fascino rimane inalterato. extremely comprehensive and up-to-date, examples used to illustrate the cosmological In un bel libro, rivolto ad un pubblico an excellent introduction to theoretical concept that observing further in space is non specialista, che esce ora da Springer, cosmology and a handy reference source for looking back in time. A new version of the Alessandro De Angelis ce ne racconta the experts. movie the “Powers of Ten” without the aid of l’affascinate storia e le proprietà. pictures. However as the arguments progress All’inizio del secolo scorso erano note le G. G. C. Palumbo towards modern cosmology the explanations radioattività a (nuclei di He) b (elettroni) e g become harder, I particularly appreciated (fotoni). Originavano da decadimenti di nuclei the discussion about entropy and its role in instabili ed avevano quindi energie, al massimo, the understanding of time although not all di qualche MeV. Tutte producono coppie di ioni P. H. Frampton – Did Time Begin? Will arguments are equally clear. There are limits nei mezzi, attraversandone spessori piccolissimi Time End? World Scientific, New that cannot be overcome in explaining difficult per le a, massimi per i fotoni. Jersey, London, Singapore, Beijing, concepts to the uneducated reader. Frampton Lo strumento per individuare gli agenti Shanghai, Hong Kong, Taipei, indeed pushes those limits further than most ionizzanti era l’elettroscopio. Caricatolo, se Chennai, 2010; pp. VII + 108; € 22,00 writers I have previously red. However the ne misurava il tempo di scarica, risalendo al number of concepts and conclusions the numero di ioni prodotti per secondo nell’aria “Quid est ergo tempus? Si nemo ex me quaerat, reader is asked to believe exponentially grows contenuta nello strumento. Lo si usava sia per scio, si quaerenti explicare velim nescio” . this towards the end. studiare la radiazione in sé sia per studiare ambiguous answer – I know what time is In conclusion this is a remarkable book as proprietà dell’ambiente, in particolare i unless you ask me – written by Augustine of it successfully explains difficult things with no fenomeni atmosferici. Erano misure molto Hippo (354-430 a.D.) in the 11th book of his reference to either mathematics or diagrams. delicate, dalle quali non era facile eliminare gli Confessions described, and for many people Extremely honest are the conclusions in errori sistematici, eseguite spesso in condizioni still applies, the state of perplexity about an the two pages of the last chapter, in which ambientali, ad alta quota o nel mare, non aspect of life which nobody can ignore, so the Author summarizes how his arguments completamente controllabili. encompassing almost no one thinks about it: answer the questions about time contained Ci volle qualche decennio per stabilire che Time. in the title. The Universe we live in seems i raggi cosmici non erano fotoni, come si era Centuries after Augustine, Physics came insufficient for the formidable task. Many other pensato, in considerazione del loro potere to the rescue thanks to the work of Galilei Universes, probably an infinite number, seem penetrante, ma particelle cariche. Sono, al loro and Newton. Their assumption that time is necessary to do the job. The theory of Cyclic arrivo nell’atmosfera, per la maggior parte absolute, unaffected by the thing to which Cosmology I dare say is still quite far from protoni, ma anche nuclei ed elettroni, con it is applied, not only defined a parameter been widely accepted, based on mostly hand energie molto più alte della radioattività. to be included in the formulae of motion waving arguments and no observational facts, La scoperta dei raggi cosmici è, giustamente, but, in a way, defined the cosmology. The however is probably the best example for attribuita a Victor Hess ed è fissata al 1912. Universe became eternal as time, always showing theoretical progress in understanding Tuttavia, come spesso accade, essa non fu there, unchangeable. People, however, started the nature of Time. solo sua opera, ma diversi altri ricercatori vi having problems with the arrow of time, If cyclic universes do really exist we should contribuirono, prima e dopo il 1912, sopra tutti the only irreversible physical coordinate. then conclude with poet Henry Austin Dobson: Domenico Pacini. Thermodynamics and the concept of entropy “Time goes, you say? Ah no! alas, Time stays, Era questi interessato principalmente alla brought the question about time on the scene we go”. fisica dell’atmosfera. Considerò che l’effetto again. degli elementi radioattivi del terreno sarebbe Relativity shook this solid model of G. G. C. Palumbo dovuto diminuire allontanandosi dalla costa

vol27 / no3-4 / anno2011 > 77 recensioni

nel mare o nei laghi (l’acqua contiene poco per la scoperta del positrone del 1932), il della fisica italiana, nel contesto internazionale, torio). Le sue osservazioni del 1910 lo portarono segretario Hultén, riconosciuti i contributi dei e l’inizio della sua organizzazione e delle sue a concludere “che una parte non trascurabile predecessori, afferma che i risultati di Hess infrastrutture. della radiazione penetrante che si riscontra confermarono le misure di Pacini, ma che solo Nell’ultimo capitolo De Angelis abbozza un nell’aria, avesse origine indipendente dall’azione le misure del primo a quote crescenti sino a panorama dello stato attuale delle ricerche, diretta delle sostanze attive presenti negli strati migliaia di metri avevano potuto stabilirne includendovi, oltre ai raggi cosmici, altri superiori della crosta terrestre”. Confermò la l’origine extraterrestre. Molto interessante messaggeri, i fotoni d’alta energia, i neutrini conclusione l’anno seguente osservando, a 3 m anche il carteggio tra Pacini e Hess (tradotto in e le onde gravitazionali. Allargando così di profondità e a 5 dal fondo, che la ionizzazione italiano). troppo, a mio giudizio, l’orizzonte, a spese era minore che in superficie. De Angelis va oltre De Angelis avanza la tesi che “fatti storici dello spessore, e non senza imprecisioni, e attribuisce a Pacini la formulazione dell’ipotesi e politici” abbiano contribuito, “in particolare specialmente nella fisica dei neutrini (chiamata addirittura “prova” da M. Hack nella in Italia”, alla “mancanza di riferimenti al (KamiokaNDE fu concepito da Koshiba per il presentazione del libro, peraltro viziata da diverse lavoro di Pacini”. L’affermazione non è priva di decadimento del nucleone (NDE=Nucleon altre imprecisioni) di un’origine extraterrestre fondamento, ma un po’ eccessiva. Limitandosi Decay Experiment), non, come si legge, per della radiazione, ma Pacini non fece tale ipotesi, alla SIF, già nel 1986, Castagnoli (allora i neutrini dal sole, ai quali divenne sensibile né aveva sufficienti elementi per farla (anche vicepresidente) pubblicava un importante solo più tardi, grazie al contributo di Al Mann; perché non si era osservato aumento della articolo sul Giornale di Fisica (vol. XXVII, n.3) l’esperimento GALLEX al Gran Sasso dimostrò radiazione nell’atmosfera alle quote, sino a 3000 nel quale analizzava tutti i lavori di Pacini e che l’enigma del neutrino solare era imputabile m, esplorate). De Angelis peraltro, in una corretta metteva in evidenza come il suo contributo ad inaspettate proprietà del neutrino e non analisi dei fatti, non segue l’attribuzione a Pacini non fosse stato sufficientemente valutato. del Sole, ma è ridotto al rango di conferma, della scoperta dei raggi cosmici, fatta da Edoardo I risultati di Pacini sono discussi nei trattati sui OPERA non può “confermare” “risultati canadesi” Amaldi, in una nota lettera, scritta in una triste raggi cosmici, ad esempio quello di Janossy sull’oscillazione neutrino-mu in neutrino- situazione nel 1941. del 1948 e quello di Pomerantz del 1971, tau, semplicemente perché tali risultati non Nel 1912, Hess osserva, per la prima volta, oltre che nella monografia di A. Wigand del esistono, etc. Per le onde gravitazionali, LISA, con voli di palloni aerostatici un aumento 1924 sull’argomento. Meno condivisibile è non è “in fase di realizzazione da parte della della radiazione sopra i 3000 m. Egli aveva l’affermazione che ciò sia dovuto al ritenersi NASA”, è invece un progetto diretto dall’europea perfezionato l’elettroscopio, riducendone in Italia che non serva organizzazione della ESA, dal quale la NASA, che vi partecipava, si gli errori sistematici. Fu insignito del premio ricerca, a giustificare un’asserita carenza di è recentemente ritirata a seguito del taglio di Nobel nel 1936, quando purtroppo Pacini infrastrutture, quando dal 1951 esiste l’INFN, bilancio delle grandi missioni proposto dal era scomparso. Ma non è punto vero quanto la cui organizzazione è modello per altri Paesi Presidente Obama. affermato da Hack nella presentazione, che (e lo fu per l’INAF) e il laboratorio del Gran Sasso Il libro è arricchito da interessanti figure e foto Pacini fosse allora stato dimenticato. È vero è tuttora nel suo genere unico al mondo. storiche, alcune inedite, e riproduzioni degli esattamente il contrario, come facilmente si trova Ma la storia dei raggi cosmici continua e articoli di Pacini e, in traduzione italiana, di Hess, sul WEB nella presentazione del Presidente del De Angelis ce ne racconta, in maniera facilmente nonché di quello, sul positrone, di Anderson. Comitato Nobel per la fisica. Ben di più si legge e piacevolmente leggibile anche dal grande Tutto sommato, una pregevole lettura per un nel libro. Questo contiene l’interessantissima pubblico, alcuni degli episodi più significativi, pubblico interessato e curioso. analisi di documenti sinora non noti al pubblico, le scoperte dell’inaspettato secondo leptone ai quali l’autore ha avuto accesso. Nella relazione carico e quella del pione, del positrone e A. Bettini della Sottocommissione incaricata dalla Reale delle particelle “strane”, ma non il G-stack e il Accademia delle Scienze svedese dello studio “paradosso theta-tau”, che portarono da un delle candidature legate ai raggi cosmici (in lato alla scoperta della violazione della parità e a cura di Giorgio Benedek quell’anno Anderson divise il premio con Hess, segnarono dall’altro alla rinascita post-bellica

in ricordo di

Donato Palumbo Giuliano Toraldo di Francia Sigfrido Leschiutta

Salaparuta (TP), 16 luglio 1921 - Firenze, 17 settembre 1916 - Roma, 11 febbraio 1933 - Salaparuta (TP), 8 febbraio 2011 Firenze, 26 aprile 2011 Torino, 12 maggio 2011,

H. Bruhns R. Pratesi E. Bava

Pubblicato online Pubblicato online Pubblicato online 18 maggio 2011 13 giugno 2011 15 giugno 2011

78 < il nuovo saggiatore opinioni

Neutrino mixing and Bruno Pontecorvo

I have been reading with great pleasure the beautiful volume edited by SIF: Thirty Years of Gran Sasso, in honour of Antonino Zichichi. This volume contains an impressive series of articles and recollections about the Gran Sasso underground laboratory of INFN, where neutrino physics has always been and still is the main line of research. The results from the BOREXINO experiment and those from the CNGS (CERN to Gran Sasso) neutrino-beam OPERA experiment, together with the start of the ICARUS experiment, have newly captured the attention of the physics community the world over and the problem of neutrino mixing has again come to the limelight. Recently, on the major Italian daily press, the credit for the mixing of the 3rd-family neutrino with neutrinos from the other two families has been attributed to my father Bruno Pontecorvo. In fact his original idea, back to the late Fifties, when only one neutrino (ne) was known, concerned neutrino-antineutrino oscillation and became neutrino-flavour mixing a few years later when the second neutrino (nµ) was discovered. It was in 1964, at the Dubna Conference, that Zichichi presented the first results of his PAPLEP experiment at CERN to search for a 3rd heavy lepton with its own neutrino by detecting acoplanar electron-muon pairs. He discussed his experiment with Bruno who, I remember, already at that time was impressed by Zichichi’s idea. This idea is at the origin of the CERN to Gran Sasso neutrino beam, included in the original Gran Sasso Project that Zichichi presented to the Italian Government in 1979, as duly reported in Thirty Years of Gran Sasso. To study the oscillation of the 3rd-family neutrino into neutrinos from the other two families was first proposed by Nino Zichichi, not by Bruno who, in many occasions along the years, expressed his strong support to the Gran Sasso Project and its author.

Gil Pontecorvo JINR, Dubna, Russia

Opinioni Online First 4 agosto 2011

vol27 / no3-4 / anno2011 > 79 annunci

80 < il nuovo saggiatore http://www.ebsa2011.org/

INTERNATIONAL SCHOOL OF NUCLEAR PHYSICS 32nd Course Particle and Nuclear Astrophysics Erice-Sicily: 16 - 24 September 2010

33rd Course From Quarks and Gluons to Hadrons and Nuclei Erice-Sicily: 16 - 24 September 2011

Amand Faessler and Jochen Wambach A. A. Zichichi Directors of the school Director of the Centre

http://congress2011.metamorphose-vi.org/

vol27 / no3-4 / anno2011 > 81 annunci

European Physical Society and Wrocław Research Centre EIT +, together with Société Franćaise de Physique, Deutsche Physikalische Gesellschaft and Polish Physical Society invite you to Aseps2011 Asia Europe Physics Summit

The summit will be held on 26th – 29th October, 2011 in Wrocław, Poland during Polish Presidency of the European Union Council

changing the culture of research - changing the culture of innovation - changing society

European Gender Summit Brussels, 8-9 November 2011

http://www.gender-summit.eu/

82 < il nuovo saggiatore DOMANDA DI ISCRIZIONE alla SOCIETÀ ITALIANA DI FISICA ITALIAN PHYSICAL SOCIETY MEMBERSHIP APPLICATION FORM 2011 Nome Name Cognome Surname Luogo e data di nascita Place and date of birth Nazionalità Nationality a Istituto o Ente di appartenenza affiliation

Indirizzo privato b Home address

Indirizzo e-mail E-mail Breve curriculum (titolo di studio, attività didattica e scientifica): Brief scientific curriculum:

Indirizzo a cui inviare il Bollettino della Società e la corrispondenza: address where Bullettin and Society communications are to be sent: a b Firme leggibili dei Soci Presentatori (*) Nomi in stampatello e indirizzi e-mail Signatures of two introducing Members (*) Names in block letters and e-mail addresses 1)

Socio INdIvIduaLE € 45,00 INdIvIduaL Member Socio JuNIOR al di sotto dei 30 anni € 25,00 JuNIOR Member under 30 Socio INdIvIduaLE anche membro di altre associazioni scientifiche relative alla fisica (**) € 35,00 INdIvIduaL Member also member of other scientific associations (**) Socio COLLEttIvO € 260,00 COLLECtIvE Member Socio SOStENItORE (a partire da) € 310,00 SPONSORINg Member (starting from)

La quota di iscrizione dovrà essere pagata dopo aver ricevuto comunicazione dell’accettazione della domanda. (*) Applicants will have to pay the membership dues only AFTER having been informed by the Society of the acceptance of their application. (*) (*) Eccetto per i Soci INvItatI (neolaureati triennali in Fisica) che usufruiscono di pre-associazione gratuita per due anni. (*) Except for INvItEd Members (newly graduated bachelors in Physics) who are granted free pre-membership for two years. (**) Informazioni: http://www.sif.it/SIF/it/portal/associazione (**) Information: http://www.sif.it/SIF/en/portal/association

data Firma date Signature autorizzo il trattamento dei miei dati personali ai sensi del d.Lgs. 196/2003 I hereby authorize the treatment of my personal data according to the privacy law d.Lgs. 196/2003 sì /yes no

Società Italiana di Fisica via Saragozza 12 - 40123 Bologna tel. 051331554 - Fax 051581340 - e-mail: [email protected] - internet: http: //www.sif.it società italiana di fisica

Per diventare Socio SIF: Informazioni: http://www.sif.it/SIF/it/portal/associazione

Quote sociali 2011 della Società Italiana di Fisica Socio Individuale € 45,00 Socio junior al di sotto dei 30 anni € 25,00 Socio Individuale anche membro di altra associazione scientifica relativa alla fisica (*) € 35,00 Socio collettivo € 260,00 Socio Sostenitore (a partire da) € 310,00 (*) Informazioni: http://www.sif.it/SIF/it/portal/associazione

Per diventare Socio EPS: Informazioni: http://www.eps.org/subscribe

Quote sociali 2011 della Società Europea di Fisica per “Individual membership” Socio € 20,00 Socio al di sotto dei 30 anni € 15,00 Socio in pensione € 15,00 Studente € 15,00 Insegnante (pre-universitario) € 15,00

Modalità di pagamento della quota sociale alla SIF: online a mezzo carta di credito, tramite collegamento diretto e sicuro (POS) con la banca BNL, attraverso l’Area Soci del sito web della Società Italiana di Fisica a mezzo assegno bancario a mezzo bonifico postale: BancoPosta, IBAN: IT14 G076 0102 4000 0001 9197 409 intestato a: Il Nuovo cimento - Società Italiana di Fisica S.I.F. a mezzo versamento sul c/c postale n. 19197409 intestato a: Il Nuovo cimento - Società Italiana di Fisica S.I.F.

a mezzo carta di credito, tramite la Società Italiana di Fisica, compilando e spedendo il modulo sottostante (**) (**) In questo caso sono escluse le carte Diners e American Express. ✃

compilare e spedire a : Società Italiana di Fisica – Via Saragozza 12 – 40123 Bologna – fax 051 581340

Il sottoscritto: Nato a: il Residente a: Via: n. Documento di riconoscimento: n. Rilasciato da: il Titolare carta di credito VISA n. Scadenza Titolare carta di credito MASTERCARD n. Scadenza autorizza La Società Italiana di Fisica A prelevare dalla carta di credito sopra descritta L’importo di € , ( ) (importo in cifre) (importo in lettere) Data Autorizzo il trattamento dei miei dati personali ai sensi del D.Lgs. 196/2003 sì no Firma vol27 / no1-2 / anno2011 > 85 web trend map informationarchitects.jp/wtm

Jeff Bezos Evan Williams Stewart Butterfield

Jean/Luc Vaillant, Allen Blue Arianna Huffington, Ken Lerer, Jonah Peretti Sergey Brin, Eric Schmidt, Matt Drudge Larry Sanger Jeff Bezos Khoi Vinh Aza Raskin Alexis Ohanian Jim Buckmaster Matt Mullenweg Marissa Mayer, Vint Cerf, Larry Page

Bill Gates Steve Jobs Charles Geschke, JohnKevin Warnock Rose

Luisa Cifarelli WhAt it iS hOW it’S uSEd

the portal of the italian get information Physical Society, a non-profit download http://www.sif.it association since 1897 subscribe SIF aimed at promoting, favour participate physics line Italian Physical Society and protect the progress of apply to publishing line physics in Italy and worldwide. promote knowledge line

86 < il nuovo saggiatore web trend map informationarchitects.jp/wtm

Jeff Bezos Evan Williams Stewart Butterfield

Bill Gates Steve Jobs Charles Geschke, JohnKevin Warnock Rose

Luisa Cifarelli WhAt it iS hOW it’S uSEd the portal of the italian get information Physical Society, a non-profit download http://www.sif.it association since 1897 subscribe SIF aimed at promoting, favour participate physics line Italian Physical Society and protect the progress of apply to publishing line physics in Italy and worldwide. promote knowledge line

vol27 / no3-4 / anno2011 > 87 88 < il nuovo saggiatore