Progetti 2026

1. Interferenza di singoli fotoni da una doppia fenditura

Contesto: la figura di interferenza che si origina su uno schermo in seguito al passaggio di un fascio di luce attraverso due fenditure è ben noto e descrivibile col modello ondulatorio della luce come onda elettromagnetica. Meno intuitiva è l'osservazione che lo stesso pattern di interferenza si realizza anche se dalla sorgente viene emesso un singolo fotone alla volta. Questo fenomeno richiede una spiegazione quantistica e la descrizione di un fotone come una funzione d'onda.

Sfida: riuscire a realizzare l'esperimento richiede la capacità di rivelare un fotone alla volta. Si propone di farlo utilizzando un laser con impulsi di qualche decina di picosecondi e dei fotomoltiplicatori al silicio (SiPM). La sfida consiste nel comprendere l'esperimento, definire la geometria del setup sperimentale, ottimizzare la procedura di misura per la rivelazione di singoli fotoni ed infine raccogliere ed analizzare i dati.

Risultato: dimostrare che un pattern di interferenza come quello atteso si ritrova dal conteggio dei singoli fotoni misurati dai SiPM.

2. Una camera a nebbia

Contesto: ogni particella carica interagisce con la materia perdendo energia ionizzando gli atomi dei materiali che attraversa. In un ambiente sovra-saturo di vapore questa interazione può dare luogo ad una scia di condensazione intorno alla traiettoria delle particelle, dove il lieve eccesso di energia da esse depositato genera una perturbazione locale delle condizioni termodinamiche.

Sfida: partendo dagli sviluppi delle edizioni passate, vogliamo costruire un rivelatore raffreddato con celle Peltier che sia di facile costruzione e stabile funzionamento, in grado di visualizzare il passaggio di particelle cariche ed equipaggiarlo con una videocamera per osservare le tracce con algoritmi di identificazione basati su strumenti di machine learning.

Risultato: osservazione del passaggio di particelle cariche in un gas e identificazione automatica degli eventi avvenuti.

3. Una rivelatore di particelle tramite la ionizzazione di un gas

Contesto: la ionizzazione generata da particelle cariche in un gas può essere utilizzata per costruire rivelatori, se il volume di gas è immerso in un campo elettrico e gli ioni generati, migrando sotto il suo effetto, inducono un segnale elettromagnetico che può essere misurato.

Sfida: costruire un rivelatore a gas all’interno di un largo condensatore piano costruito a partire dai singoli componenti, in configurazione auto amplificata. Il gruppo di lavoro preparerà e assemblerà gli elettrodi del condensatore, lo sigillerà per garantire il contenimento del gas e preparerà gli elettrodi di lettura del segnale indotto dalle cariche in moto.

Risultato: osservazione del passaggio di particelle cariche in un gas e identificazione automatica degli eventi avvenuti.

4. La raccolta di luce in scintillatori a grande volume

Contesto: quando una particella carica, come una particella alfa, attraversa un materiale scintillante, deposita energia producendo fotoni nello spettro visibile, che sono poi misurati con materiali sensibili alla luce. L’efficienza di raccolta della luce sui sensori dipende dal tipo di scintillatore, dalla sua geometria, dalla finitura superficiale e dall’accoppiamento ottico con sensori.

Sfida: costruire uno scintillatore accoppiato a più sensori distribuiti in diverse posizioni. Il rivelatore verrà testato con particelle alfa e con una sorgente luminosa calibrata (LED pulsato) per studiare la variazione della raccolta di luce in funzione della posizione di interazione, il confronto tra diversi materiali scintillanti, l’influenza della finitura superficiale (lucida, opaca, riflettente) e l’uniformità della risposta del sistema.

Risultato: caratterizzazione quantitativa della resa in luce per diverse configurazioni, identificazione della soluzione ottimale in termini di efficienza e uniformità e realizzazione di una piattaforma modulare per applicazioni di rivelazione di radiazione e prototipazione di sistemi a SiPM.

5. Simulazione della dinamica stocastica della materia attiva

Contesto: il termine “materia attiva” fa riferimento a sistemi di nanoparticelle che sono in grado di mantenersi fuori dall’equilibrio termodinamico “bruciando carburante”. Questi sistemi sono utilizzati come modelli paradigmatici per studiare il comportamento di nano-organismi (ad esempio la ricerca di nutriente da parte di batteri o dell’ovulo da parte degli spermatozoi) e nell’ambito della ricerca in nanotecnologie. La dinamica delle particelle attive è classica, ma stocastica (Browniana), per effetto delle continue collisioni con le molecole del solvente in cui sono immerse (ad esempio l’acqua), che funge da bagno termico.

Sfida: sviluppo, test e applicazione di un codice python per la simulazione del moto di una particella browniana attiva che naviga in un potenziale 2-dimensionale caratterizzato da due minimi di energia separati da una barriera. Studio e caratterizzazione statistica dei processi reattivi, ovvero delle traiettorie attraverso le quali le particelle passano da un minimo all’altro.

Risultato: in assenza di attività (ovvero se l’energia cinetica delle particelle è interamente dovuta agli urti con il bagno termico (solvente), le particelle tendono ad attraversare il punto sella, ovvero il “passo tra le due valli” rappresentate dai due minimi di energia. Quale sarà il comportamento della materia attiva?

6. Un metal detector

Contesto: un metal detector funziona rilevando variazioni di campo magnetico indotte dalla presenza di metalli nell’intorno dello strumento, che utilizza una bobina come sensore di campo. Le modalità di variazione sono caratteristiche del tipo di metallo presente.

Sfida: utilizzare un Arduino come strumento di lettura del segnale indotto e costruire tutti gli elementi circuitali necessari per il funzionamento dello strumento, tenendo sotto controllo gli effetti che possono indurre microfonia parassita.

Risultato: costruzione di un prototipo funzionante di metal detector sensibile alla presenza di piccoli oggetti, della dimensione di una moneta.

7. Una parabola acustica

Contesto: le parabole acustiche permettono di sentire segnali sonori e comunicare a grandi distanze. Usate in diversi campi nel secolo scorso, ora parzialmente sostituite con strumenti basati su onde elettromagnetiche, rimangono di grande interesse, didattico e non solo, per osservare fenomeni ondulatori nell’intervallo di lunghezza d’onda dai centimetri ai metri.

Sfida: progettare una parabola acustica da installare poi fra gli edifici U1 e U2 o nella Galleria della Scienza, con apparati disponibili commercialmente, o con strutture in legno. La prima sfida è la preparazione dell’antenna stessa e il test del funzionamento di emissione e ricezione del segnale. Seguiranno poi ottimizzazioni, possibile utilizzo di fonometri integrati con schede Arduino per la misura, la possibile sincronizzazione di emettitore e ricevitore, misure di propagazione dei suoni, …

Risultato: costruzione di un emettitore e un ricevitore e misure di propagazione del suono.

8. In quanti siamo?

Contesto: un approccio promettente per stimare il numero di partecipanti ad una fiera sfrutta la rilevazione dei segnali emessi dai telefoni cellulari stimando, con tecniche di trilaterazione, la posizione dei dispositivi, combinando tecnologie complementari(Wi-Fi, Bluetooth e videocamera a infrarossi).

Sfida: a partire da un prototipo funzionante con tecnologia Wi-Fi, l'obiettivo è progettare e implementare un sistema di conteggio delle presenze efficiente e completo, con integrazione di tecnologie aggiuntive (BLE, infrarossi), analisi dati in tempo reale e un'interfaccia di visualizzazione immediata dei risultati.

Risultato: un sistema funzionante in grado di rilevare il passaggio di persone all'interno di un'area definita e di fornire una stima numerica affidabile del numero di visitatori, con visualizzazione dei dati in tempo reale.

Page updated

Report abuse