Cristiano Bozza - Attività di Ricerca

Molti fisici italiani ed europei sono impegnati nell'esperimento OPERA, che cerca di rivelare la comparsa di ν_τ in un fascio di ν_μ. Il fascio CNGS, che è praticamente composto solo da neutrini muonici, viene prodotto al CERN in direzione dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Lungo la distanza di 732 km alcuni dei neutrini muonici dovrebbero "trasformarsi" in neutrini tauonici (oscillazione di neutrino). Il rivelatore di OPERA, composto essenzialmente da piombo come bersaglio ed emulsioni nucleari come dispositivo tracciante, dovrebbe segnalare la comparsa dei neutrini tau.
Si tratta della prima volta che le emulsioni nucleari vengono utilizzate su scala così vasta, tanto in assoluto, quanto relativamente ad un esperimento di fisica delle alte energie.

A destra: schizzo della linea di fascio del CNGS dal CERN al Gran Sasso

OPERA è ottimizzato per rivelare il segnale nella regione dei parametri di oscillazione indicata dall'esperimento SuperKamiokande. Cristiano Bozza è tra i firmatari della proposta di OPERA all'SPSC. Il potenziale di scoperta di OPERA è estremamente elevato, grazie al bassissimo fondo fisico e strumentale raggiungibile con i metodi offerti dalle emulsioni nucleari. Nella regione dei parametri di oscillazione suggerita da SuperKamiokande, OPERA ha una probabilità praticamente unitaria di osservare il segnale di oscillazione; in caso di mancata osservazione, una vasta regione del piano dei parametri di oscillazione sarebbe esclusa.

A destra: probabilità di osservazione della comparsa di neutrini tauonici, e grafico di esclusione in caso di mancata osservazione

Cristiano Bozza è Responsabile Europeo per il software di acquisizione da Emulsioni Nucleari per il sistema di scanning Europeo (ESS), utilizzato nell'esperimento OPERA da tutti i laboratori europei.
Lo ESS (European Scanning System) utilizza componenti commerciali ma di avanzata tecnologia per raggiungere il record di velocità di acquisizione di immagini da emulsioni nucleari: ben 20 cm²/h/lato con accettanza angolare per le microtracce fino a tanθ=1.
La telecamera è una Mikrotron MC1310 capace di 1280x1024 pixel in scala di grigi da 8 bit, utilizzata a 376 fps (frames per secondo), con un flusso di dati pari a 471 MB/s.
La meccanica è stata sviluppata dalla Micos in collaborazione con lo European Emulsion Group di cui il Gruppo Emulsioni Salerno fa parte, ed è capace di 0.1 μm di precisione.
L'ottica è stata sviluppata dalla Nikon in collaborazione con lo European Emulsion Group di cui il Gruppo Emulsioni Salerno fa parte, e fornisce immagini corrette su un campo di quasi 400 μm.
Il controllore dei motori è una scheda National Instruments FlexMotion PCI 7344.
Il preprocessore delle immagini, che effettua essenzialmente operazioni di filtraggio 2D, è una Matrox Odyssey XCL Pro.
La workstation di controllo è un PC Dell Precision 650.

A destra: vista di uno dei microscopi automatici equipaggiati con l'ESS nel laboratorio del Gruppo Emulsioni di Salerno

SySal, il software dello ESS, è sviluppato principalmente a Salerno dal Gruppo Emulsioni.
Si tratta di un sistema di acquisizione delle immagini flessibile, e più possibile indipendente dall'hardware, progettato per adattarsi alle più disparate situazioni reali di lavoro, e in grado di prendere dati 24 ore su 24 senza assistenza umana.
Il sistema è programmato principalmente in C++ per quanto riguarda la parte di diretta interazione con il microscopio (ma alcune parti particolarmente critiche sono scritte in Assembler), con uso di tecnologie COM/ActiveX. Le parti di alto livello (controllo strategia, decisioni, ecc.) sono realizzate in C# usando la piattaforma software .NET.
Il software riconosce in tempo reale e flusso continuo microtracce tridimensionali sia in emulsioni sottili che spesse.

A destra: schermata di SySal

Cristiano Bozza è lo sviluppatore principale (Main Developer) per lo "OPERA Scanning Database" (il database che raccoglie i dati dalle emulsioni nucleari di OPERA) e guida la squadra di sviluppo e gestione, composta da scienziati di varie nazionalità.
Lo OPERA Scanning DB è unico nella Fisica delle Alte Energie, poiché tutti i dati sono inseriti in formato relazionale (tabelle e relazioni) senza uso di files di appoggio. Le implementazioni reali di questo DB lavorano a velocità di inserimento dati comprese tra 30 e 60 MIph (Million INSERTs per hour), e la dimensione finale del DB alla fine di OPERA è stimata tra i 30 e i 100 TB.
Il DB è dotato di una struttura automatica di replicazione dei dati che rende efficiente la condivisione in una Collaborazione sparsa su tutto il globo, e assicura nel contempo la ridondanza e la salvaguardia dei dati.

A destra: schema di replicazione dei dati tra i vari siti internazionali

Cristiano Bozza ha prodotto e produce misure e analisi di interazioni in emulsioni nucleari da fasci di pioni, muoni e neutrini.
La procedura consiste di diversi passi:

• presa dati al microscopio;
• correlazione delle microtracce su ciascun lato di ciascuna lastra con quelle dell'altro lato;
• allineamento e connessione di lastre originariamente impilate;
• ricostruzione di tracce di volume;
• ricostruzione di vertici;
• calcolo della quantità di moto e/o dell'energia associata a ogni singola traccia;
• ricostruzione cinematica dell'evento;
• interpretazione fisica.
  

A destra: ricostruzione al calcolatore di un evento di interazione di un pione in una ECC di OPERA esposta ad un fascio al CERN (lunghezza circa 8 mm); i dati sono stati presi nel laboratorio del Gruppo Emulsioni di Salerno