Fisica Teorica

Gruppo 4 – Fisica Teorica 
Coordinatore: Daniele Montanino

Edificio – ex. Collegio Fiorini (Fisica)
Primo piano
tel. +39 0832 29 7417
email: daniele.montanino@le.infn.it

La Fisica Teorica si occupa di sviluppare modelli e teorie, per spiegare i risultati degli esperimenti e immaginare nuovi scenari concettuali.

Le ricerche svolte in sede puntano alla natura e alle caratteristiche della materia dei costituenti elementari dell’Universo, all’unificazione quantistica di tutte le interazioni, tra cui gravità, alla Fisica del nucleo e ai metodi di teoria dei campi, applicabili anche in tutti gli ambiti della Fisica della materia condensata.

Tra di esse si annoverano la Teoria delle Stringhe e la corrispondenza AdS/CFT, le teorie super-YM, la congettura olografica e la gravità, le Teorie di Grande Unificazione, le estensioni conformi del Modello Standard, i modelli di materia nucleare e la loro esplorazione con sonde elettrodeboli, le teorie chirali effettive per le interazioni inter-nucleoniche,  lo studio delle eccitazioni e l’evoluzione in teorie nonlineari di campo,  la decoerenza quantistica,  la fisica del neutrino,  degli assioni e di altri candidati di materia oscura.

Le attività legate alla Fisica Teorica sono coordinate su base nazionale dalla Commissione Scientifica 4 dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La Sezione di Lecce contribuisce a diverse iniziative specifiche:

NUCSYS 

Coordinatore locale: Luca Girlanda (luca.girlanda@le.infn.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/140-nucsys-home

-Applicazione delle tecniche della teoria di campo efficace al calcolo delle interazioni e degli operatori di corrente elettrodeboli nucleari

– Individuazione di proprietà universali dei sistemi nucleari dovute alla grande lunghezza di scattering NN

-Studio dell’impatto di nuovi termini di interazioni di contatto a tre nucleoni individuati

– Studio della Fisica al di là del modello standard (dark matter, axion, X17) da esperimenti su nuclei leggeri

– Studio di sistemi bosonici e fermionici vicino al limite unitario agli ordini successivi della teoria effettiva pionless

– Studio delle proprietà del bosone X17 da esperimenti di pair production nella diffusione protone He3

lllll

FIELDTURB

Coordinatore locale: Alessandra Lanotte (alessandrasabina.lanotte@cnr.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/210-fieldturb-home

La turbolenza, cioè lo stato fisico di un fluido con molte variabili dinamicamente attive e lontano dall’equilibrio, è l’ultimo grande problema ancora irrisolto della fisica classica. In un fluido tridimensionale, le interazioni non lineari portano a un forte accoppiamento tra tutti i gradi di libertà, trasferendo energia dalla scala di iniezione a quella di dissipazione. Le conseguenti dinamiche caotiche richiedono una descrizione statistica, che evidenzi le caratteristiche universali dei campi turbolenti, indipendenti dal meccanismo di generazione della turbolenza.

Da un punto di vista concettuale, la turbolenza è una teoria di campo classica, fuori equilibrio e in un regime di forte accoppiamento, analogo alle teorie di campo con un punto fisso del gruppo di rinormalizzazione attrattivo in regime infrarosso. Inoltre, mancando un principio, quale quello di Gibbs per i sistemi all’equilibrio, ci si affida ad analogie con numerosi fenomeni comuni ad altri campi della fisica teorica del 20 secolo, quali le leggi di scala anomale e le anomalie dissipative. Pertanto la turbolenza utilizza una varietà di metodi teorici differenti, come la teoria dei campi conforme per i flussi 2d, tecniche di rinormalizzazione, Path Integrals e tecniche gruppali.

Nell’unità di Lecce la ricerca recente è focalizzata sullo studio di regimi caotici/turbolenti in fluidi quantistici fuori dall’equilibrio, quali i fluidi polaritonici; sullo studio di flussi turbolenti in presenza di rotture di simmetria e decimazione dei gradi di libertà interagenti; e su problemi di reti neurali, con particolare attenzione agli aspetti del learning e retrieval, utilizzando strumenti della meccanica statistica e della teoria di campo medio. L’obiettivo della ricerca sviluppata è quello di avanzare significativamente la comprensione dei problemi descritti, con approcci ben fondati nella fisica teorica e nella ricerca numerica, e laddove possibile in sinergia con la ricerca sperimentale.

lllll

GSS (Gauge Theories, Strings and Supergravity)

Coordinatore locale: Matteo Beccaria (matteo.beccaria@unisalento.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/105-gss-home

Il progetto di ricerca di GSS è dedicato allo studio dei numerosi problemi aperti nelle teorie quantistiche di campo supersimmetriche, che mirano alla descrizione unificata delle interazioni di gravità e di gauge. Esso è incentrato sui seguenti temi:

1. Teoria delle stringhe, Teoria M, Supergravità;
2. Proprietà perturbative e non perturbative delle teorie di gauge;
3. Fisica dei Buchi Neri;
4. Modelli di rottura della supersimmetria in Cosmologia e Fisica delle Particelle.

La metodologia si fonda sull’utilizzo, come potente strumento concettuale e computazionale, del limite di teoria di campo effettiva   da teorie in dimensioni superiori superiori di stringhe e brane fornite dalla supergravità. In questo contesto, il ruolo dell’olografia è fondamentale per collegare la supergravità con teorie di campo (super) conformi, che vengono studiate in vari regimi. La geometria dello spazio-tempo e degli spazi target, l’intricata rete di dualità, le realizzazioni non lineari di supersimmetria e la dinamica di spin di ordine superiore sono ingredienti essenziali per gettare nuova luce finestre sulla teoria delle stringhe, la gravità quantistica e le teorie di gauge in forte accoppiamento, con applicazioni alla cosmologia contemporanea.

L’unità di Lecce ha esperienza sia su teorie di spin più elevate che su teorie di campo conformi. Il gruppo esplorerà le proprietà conformi delle teorie di spin più elevate in spazi curvi, concentrandosi sulla relazione con il limite di tensione nulla della teoria delle stringhe. Inoltre  studia le funzioni di correlazione nelle teorie di campo conformi, con l’obiettivo di estendere i recenti risultati analitici per i blocchi Virasoro derivati nelle approssimazioni semi-classiche a modelli con simmetria W aggiuntiva. Un obiettivo concreto è ideare nuovi test AdS / CFT basati sulla tecnica del diagramma geodetico di Witten. Un’altra attività intende mettere in relazione blocchi conformi con funzioni di partizione istantanea in teorie di gauge N = 2 tramite la corrispondenza AGT.

lllll

MONSTRE

Coordinatore locale: Giampaolo Cò (giampaolo.co@le.infn.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/130-monstre-home

1. Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering: una tecnica che non e’ limitata da alcuna soglia di reazione ed e’ sensibile a tutti i sapori di neutrini.

2. Modelli nucleari e teorie di campo medio per lo studio delle sezioni d’urto legate  alla distribuzione di neutroni del nucleo

3. Applicazioni ai neutrini da supernova o da spallazione.

4. Estensione dei modelli nucleari a campo medio per descrivere nuclei deformati. Determinazione della la funzione d’onda a molticorpi. Sviluppo di una teoria Hartree-Fock e Bardeen-Cooper-Schrieffer per nuclei deformati. Calcolare lo stato fondamentale di tutti i nuclei pari-pari.

lllll

MMNLP (Mathematical Methods of NonLinear Physics)

Coordinatore locale: Luigi Martina (luigi.martina@le.infn.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/165-MMNLP-home

Molti modelli altamente “non banali” di fisica classica/quantistica (fluidi, materia nucleare o condensata e plasmi, ottica, gravità, meccanica statistica, teorie di campo quantistiche e di stringa) condividono la proprietà matematica dell’integrabilità.ll

lllll

I modelli integrabili, descritti da PDE / ODE o equazioni di differenza discrete DDE, hanno soluzioni stabili e regolari rispetto a vaste classi di dati iniziali, parametri caratteristici e, eventualmente, perturbazioni esterne. L’identificazione e l’indagine delle proprietà dei sistemi integrabili è un’area importante della fisica teorica e matematica.
Il gruppo di ricerca MMNLP della Sezione di Lecce tratta alcuni aspetti delle seguenti tematiche generali dell’intera iniziativa specifica:

1. classificazione / costruzione di modelli integrabili con metodi algebrici / geometrici
2. metodi di risoluzione costruttiva di problemi ai valori iniziale / al bordo di PDE / ODE / DDE non lineari
3. studio analitico di fenomeni estremi di onde non lineari, come la formazione e la dinamica di:
   • onde “canaglia” (anomale)
   • singolarità (esplosione a tempo finito, rottura di onde
   • transizione tra regime ellittico  e iperbolico
   • regolarizzazione dispersiva / dissipativa
4. la discretizzazione parziale e totale dei sistemi differenziali integrabili e delle proprietà di superintegrabilità
5. implementazione di metodi (non) hamiltoniani e simplettici e algoritmi computazionali simbolici nella gestione di non- linearità / località
6. applicazioni alla struttura algebrica delle leggi di conservazione in teorie di campo / stringa / gravità, onde in fluidi classici / quantistici complessi, teorie di campo topologico, modelli risolubili in Fisica Statistica.

lllll

QFT_HEP 

Coordinatore locale: Claudio Corianò (claudio.coriano@le.infn.it)
Sito web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/70-qft-hep-home

Il nodo di Lecce si occupa di Teorie di Grande Unificazione basate su SO(10), studio di modelli di quiver  e connessione con le onde gravitazionali. Svolge indagine del vuoto e degli effetti termici nelle transizioni di fase per questa classe di modelli, e alla produzione di onde gravitazionali stocastiche nell’Universo primordiale.

Si studiano teorie CFT nello spazio dei momenti. Ruolo delle anomalia non locale (non)-supersimmetrica  nella descrizione della rottura della simmetria conforme nelle estensioni conformi del Modello Standard. Studio dell’impatto nella produzione di onde gravitazionali. Implicazioni di tali azioni nella teoria della materia condensata.

Studi di cosmologia che descrivono una fase olografica della gravità, utilizzando la corrispondenza AdS/CFT.

Fenomenologia dei collisori di adroni

lllll

TAsP (Theoretical Astroparticle Physics)

Coordinatore locale: Francesco De Paolis (francesco.depaolis@le.infn.it)
Sito Web: https://web.infn.it/CSN4/index.php/it/17-esperimenti/190-tasp-home

L’obiettivo di TAsP è di intraprendere un vasto e diversificato programma di ricerca al crocevia tra Fisica delle Particelle, Astrofisica e Cosmologia, dove livelli più profondi di comprensione teorica sono  richiesti da una serie di fenomeni, tra i quali la determinazione delle masse dei neutrini e il loro rimescolamento, gli enigmi della Materia Oscura e dell’Energia Oscura, l’asimmetria barionica osservata dell’universo, così come l’origine e gli spettri dei raggi cosmici e dei raggi gamma ad alta energia.
Le principali attività di ricerca pianificate possono essere strutturate in modo approssimativo in cinque sottocampi:

1. Fisica del Neutrino
2. Materia Oscura
3. Sorgenti astrofisiche di radiazione
4. Cosmologia
5. Relazione tra Cosmologia e Fisica delle Particelle

Ogni nodo di TAsP ha competenze specifiche ed esperienza tecnica in almeno uno (e spesso diversi) di questi sottocampi.  L’attività dell’unità di Lecce si è concentrata principalmente su:

1. Mappatura degli aloni galattici mediante i dati di Planck (F. De Paolis, G. Ingrosso)
2. Effetti del secondo ordine nella microlensing gravitazionale (F. De Paolis, G. Ingrosso, F. Strafella)
3. Formazione stellare in nuvole molecolari (F. Strafella)

Planetologia (V. Orofino)

1. Fisica degli Assioni (D. Montanino)

lllllll