Riunione di primavera CSN.IV – Aprile 2013 Nuove Iniziative Specifiche proposte per la Linea 6 Domenico Giuliano Stefano Bellucci.

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1 Riunione di primavera CSN.IV – Aprile 2013 Nuove Iniziative Specifiche proposte per la Linea 6 Domenico Giuliano Stefano Bellucci

2 Situazione preesistente PG62 – scomparsa con il pensionamento del coordinatore nazionale BO61 – Dynamical Systems and Statistical Physics Responsabile nazionale: A. Bazzani Nodi: Bologna (2.5), Cosenza (6.0), Perugia (2.5) TO61 – Biological applications of theoretical physics methods Responsabile nazionale: M. Caselle Nodi: Bari (3.7), Bologna (1.5), Catania (1.1), Firenze (7.1), Lecce (3.0), Milano (3.0), Napoli (4.6), Padova (6.5), Perugia (1.0), Pisa (4.0), Parma (6.8), RomaII (2.0), Salerno (1.0), Torino (6.5) BO62 – Models and Monte Carlo simulations in statistical and quantum mechanics Responsabile nazionale: P. Pasini Nodi: Bologna (2.0), Padova (0.5)

3 Situazione preesistente TV62 – Particles and Fields in Complex Flows Responsabile nazionale: L. Biferale Nodi: Bari (3.0), Cagliari (1.0), Ferrara (0.9), Genova (4.0), Lecce (1.0), RomaII (7.0), Torino (4.0) LF61 – Synchrotron radiation spectroscopies and the physics of strongly correlated electron systems, including low- dimensional and nanostructured materials Responsabile nazionale: S. Bellucci Nodi: Cosenza (5.0), Frascati (8.7) RM61 – Physics of disordered and complex systems Responsabile nazionale: P. Del Giudice Nodi: RomaI (2.3), Trieste (0.6) RM62 – Classical and quantum statistical mechanics and information theory Responsabile nazionle: C. Presilla Nodi: RomaI (1.0), Trieste (3.0)

4 Ove lo ritenessimo necessario, abbiamo cercato di emendare e/o complementare le proposte dei responsabili nazionali. I risultati sono presentati a seguire. Osservazioni sulla ristrutturazione delle II.SS. di Linea 6 Tutte le II.SS. di Linea 6 erano state ben valutate nel 2010. A tre anni di distanza, almeno in alcuni casi, va tuttavia fatta qualche osservazione addizionale; E’ stato chiesto di tenere in considerazioni i punti evidenziati alla scorsa riunione della CSNIV. Dove possibile, i referee di Linea 6 sono intervenuti per concordare con i responsabili nazionali soluzioni condivise ad eventuali “criticità”; Nel suggerire accorpamenti, sdoppiamenti, etc. si è tenuto conto principalmente della vicinanza delle tematiche scientifiche e della distribuzione delle FTE dei ricercatori associati alle II.SS.;

5 Primo insieme di proposte: nessuna particolare problematica Delle nuove II.SS. proposte, diverse presentano una struttura consistente con le richeste/osservazioni emerse a valle della scorsa riunione di settembre, assieme a programmi scientifici di notevole interesse, su varie tematiche di interesse per l’attività di Linea 6; In questo insieme, le “vecchie” II.SS. LF61 e TV62 sono rispettivamente confluite in SEMS and FIELDTURB, conservando sostanzialmente la loro struttura, a parte “riaggiustamenti” fatti a valle delle osservazioni inviate ai responsabili nazionali dopo la scorsa riunione d’autunno; BO61 e TO61 hanno, invece, operato una netta ristrutturazione, dando vita a due “nuove” II.SS., BioPhys e PIECES. In quest’ultimo caso va fatta qualche osservazione addizionale.

6 SEMS (Spectroscopies, Electron correlations, Modeling-Simulations and Low-dimensional Systems) Responsabile nazionale: Stefano Bellucci Struttura dei nodi e responsabili locali: [LNF] Responsabile locale: S. Bellucci (S) Composizione del nodo: 10 S, 3 NS, 2 R; [Cosenza] Responsabile locale: A. Sindona (S) Composizione del nodo: 5 S, 2 NS, 1 R. (N.B.: S = Strutturato; NS= Non strutturato; AS=Associazione scientifica senior; R=Associazione richiesta.)

7 SEMS (Spectroscopies, Electron correlations, Modeling-Simulations and Low-dimensional Systems) Abstract (tematiche di ricerca): * Electron spectroscopy of magnetic systems; * Magnetic properties of quantum rings; * NanoElectromagnetics (microwave/RF/photonics); * Multiple scattering theory for non-local and multichannel potentials; * Quantum effects in nanoparticles; * Collective response of low dimensional, many body systems to abrupt perturbations; * Electronic properties and plasmon excitations in graphene and doped graphene; * Ab initio simulations and spectroscopy of Graphene/Metal interfaces.

8 FIELDTURB (Particelle e campi in turbolenza e fluidi complessi) Responsabile nazionale: Luca Biferale Struttura dei nodi e responsabili locali: [RomaII] Responsabile locale: L. Biferale (S) Composizione del nodo: 3 S, 3 NS; [Bari] Responsabile locale: G. Gonnella (S) Composizione del nodo: 1 S, 1 NS; [Genova] Responsabile locale: A. Mazzino (S) Composizione del nodo: 2 S, 2 NS; [Ferrara] Responsabile locale: L. Tripiccione (S) Composizione del nodo: 1 S, 1 NS; [Lecce] Responsabile locale: A. S. Lanotte (S) Composizione del nodo: 3 S, 2 NS; [Torino] Responsabile locale: G. Boffetta (S) Composizione del nodo: 2 S, 1 NS.

9 FIELDTURB (Particelle e campi in turbolenza e fluidi complessi) Abstract: dinamica dei fluidi complessi e flussi turbolenti, aspetti teorici e numerici delle teorie di campo classiche fortemente non-lineari e fuori dall'equilibrio Tematiche: * simulazioni numeriche dirette ad alta risoluzione di fluidi turbolenti con e senza particelle, con e senza inerzia; * simulazioni numeriche di fluidi a piu' componenti miscibili e non miscibili, come nel caso della convezione termica e delle instabilita' di Rayleigh-Taylor; * studio teorico e numerico delle proprieta' statistiche di particelle 'attive' (self-propelled), trasportate dal, ed interagenti con, il campo di velocita' sottostante; * studio teorico e numerico di equazioni di Navier-Stokes decimate; * studio della nucleazione e condensazione di gocce/bolle in fluidi a piu' fasi; * metodi analitici di tipo perturbativo e rinormalizzati applicati a delle pde fuori dall'equilibrio (metodi asintotici come gli sviluppi perturbativi a scale multiple o altri metodi di decimazione come il gruppo di rinormalizzazione).

10 BioPhys (Biological applications of theoretical physics methods) Responsabile nazionale: Michele Caselle Struttura dei nodi e responsabili locali (I): [Bari] Responsabile locale: S. Stramaglia (S) Composizione del nodo: 4 S, 1 AS, 1 NS; [Napoli] Responsabile locale: M. Nicodemi (S) Composizione del nodo: 2 S, 1 AS, 1 NS; [Salerno] Responsabile locale: S. Scarpetta (S) Composizione del nodo: 4 S; [Milano] Responsabile locale: G. Tiana (S) Composizione del nodo: 1 S, 3 NS; [Parma] Responsabile locale: R. Burioni (S) Composizione del nodo: 5 S, 3 NS;

11 Struttura dei nodi e responsabili locali (II): [Perugia] Responsabile locale: S. De Lillo (S) Composizione del nodo: 1 S, 1 NS, 2 R; [Pisa] Responsabile locale: V. Barone (S) Composizione del nodo: 2 S, 2 NS, 1 R; [RomaII] Responsabile locale: S. Morante (S) Composizione del nodo: 3 S, 1 NS; [Torino] Responsabile locale: M. Caselle (S) Composizione del nodo: 3 S, 3 NS; [Trento] Responsabile locale: P. Faccioli (S) Composizione del nodo: 1 S, 3 NS, 2 R. BioPhys (Biological applications of theoretical physics methods)

12 Abstract: The common feature of the various research lines of the BioPhys group is the use of theoretical Physics Methods to model and analyise complex systems of biological and Physiological origin. In particular our activity will mainly focus on the following research topics 1) Study of protein-protein and protein-ligand interactions using molecular dynamics; 2) Study of regulatory, signaling and idiotypic networks using network theory and bioinformatic tools; 3) Study of Neural Systems using data from fMRI and MEA and methods borrowed from the physics of chaotic systems. BioPhys (Biological applications of theoretical physics methods)

13 Si propone alla CSN.IV l’approvazione dei progetti in questione. Giudizio globalmente positivo su SEMS, FIELDTURB, BioPhys, perché… Le tematiche trattate ricadono all’interno delle tematiche di interesse di Linea 6 (meccanica quantistica applicata, teoria statistica dei campi ed applicazioni), evidenziando, in alcuni casi, tematiche di interesse comune, p.e., con il Gruppo V; Il progetto di ciascuna appare articolato in varie branche che, pur integrandosi le une con le altre, differenziano sostanzialmente l’attività di ricerca prevista dal progetto, motivando la costituzione di I.S. con più nodi e ricercatori afferenti; Il numero e la costituzione dei nodi appare congruo e, comunque, consistente con le osservazioni contenute nella lettera inviata dal Presidente ai responsabili nazionali (evitare nodi con basso numero di FTE, etc);

14 RM61+RM62=DISCOSYMP (Fusione suggerita dai referee e recepita dai resp.naz.) Visto il ridotto numero di FTE afferenti alle “vecchie” RM61 e RM62, si è proposta la fusione delle due in un’unica I.S., con responsabile nazionale P. Del Giudice e strutturata in un nodo presso RomaI, con annesso l’ISS; All’apparenza la nuova I.S. DISCOSYMP appare strutturata in un unico nodo ma, di fatto, tale nodo include anche l’ISS, quale gruppo collegato.

15 DISCOSYNP (DIsorder and Complex Systems and Nonequilibrium Phenomena) Responsabile nazionale: Paolo Del Giudice Abstract: Alongside with the well established research lines concerning the theoretical physics of disordered and complex systems, classical and quantum, as well as the analysis of nonequilibrium phenomena, the project will put emphasis in bridging methods developed in statistical mechanics and problems in biology that promise to gain from those.

16 DISCOSYNP (DIsorder and Complex Systems and Nonequilibrium Phenomena) Topics: *Spin glass models with continuous variables, to reproduce experimental findings like rejuvenation and memory effects; *Statistical mechanics of low-dimensional models with long-range interactions; *Theory of macroscopic fluctuations in stationary states not necessarily close to equilibrium; *Mesoscopic mean field description of the activity of large, multi-modular neural systems, also in view of novel kinds of neuromorphic electronic implementation [numerical simulations will be carried out in collaboration with the APE group (INFN Roma1)]; * Inference of protein interaction and gene regulation networks in different biological systems [we will also explore the potential of Inverse Ising Models in this context]

17 DISCOSYNP (DIsorder and Complex Systems and Nonequilibrium Phenomena) Struttura dei nodi e responsabili locali: [RomaI+ISS] Responsabile locale: P. Del Giudice (S) Composizione: 10 S, 1 AS. Anche per DISCOSYNP si propone alla CSN.IV l’approvazione del progetto.

18 Proposte che richiedono una discussione addizionale

19 PIECES (Physics of Informative, Ecological, Cognitive and Economic Systems) Responsabile nazionale: Franco Bagnoli Struttura dei nodi e responsabili locali (I): [Bologna] Responsabile locale: A. Bazzani (S) Composizione del nodo: 4 S, 1 NS; [Catania] Responsabile locale: V. Latora (S) Composizione del nodo: 3 S; [Cosenza] Responsabile locale: G. Ali` (S) Composizione del nodo: 5 S, 1 NS; [Firenze] Responsabile locale: F. Bagnoli (S) Composizione del nodo: 7 S, 3 NS;

20 PIECES (Physics of Informative, Ecological, Cognitive and Economic Systems) Struttura dei nodi e responsabili locali (II): [Lecce] Responsabile locale: C. Pennetta (S) Composizione del nodo: 1 S; [Padova] Responsabile locale: A. Stella (S) Composizione del nodo: 7 S.

21 PIECES (Physics of Informative, Ecological, Cognitive and Economic Systems) Abstract (I): We shall deal with self-organizing complex systems, of biological, natural and social origin. Examples of such systems range from purely biological one like regolative networks, the immune system and the neural organization of the brain, to large-scale biological systems like ecosystems, population dynamics, evolutive population theory, to human- related systems. In particular, for what concerns cognitive (human-related) systems, we shall investigate them from the perspective of the single individual (psychological modeling), that of societies ( sociophysics), economy and markets (econophysics), mobility systems (pedestrian and automotive) and technological aspects (e.g., Internet). This perpective would allow to explore the possibilities and the limits of a reductionist approach, and put into evidence the emergent properties of such systems, as for instance those that lead to the emergence of complex social networks, and the interplay among different levels such as for instance the relations among community structure, infectivity of a disease and its spreading.

22 PIECES (Physics of Informative, Ecological, Cognitive and Economic Systems) Abstract (II): An important application of these studies is in the information and computer technology field, both for what concerns unconventional computation techniques (such as chemical, biological or social computing) and for what concerns the interplay between informative systems and human behavior. We shall apply techniques derived from theoretical physics, for instance dynamical system theory, bifurcation theory, chaos, synchronization, stochastic equations, stochastic processes, statistical physics methods, phase transitions, criticality, disordered systems theory, small systems, large deviations, long- range coupling, network theory, etc.. We shall make use and develop advanced simulation techniques and profit of available biological and social data and perform custom experiments.

23 Osservazioni dei referee interni 1. La composizione dei nodi lascia qualche perplessità: p.e., il nodo di Bologna, a parte il responsabile locale, è composto da personale proviente per intero dalla CSN.V; il nodo di LE ha FTE=1; 2. Guardando in dettaglio le tematiche trattate da diversi nodi “ereditati” dalla vecchia BO61 (p.e., CS) si notano argomenti oggetto di ricerca (come evidenziato dai lavori pubblicati) di sicuro valore scientifico, ma che troverebbero collocazione molto più appropriata in progetti di area Fisico-Matematica (p.e., in Linea 4); 3. Siccome, relativamente alla “nuova” I.S., al momento l’unico riferimento al progetto scientifico è contenuto nel breve abstract richiesto al coordinatore nazionale, si propone alla CSN.IV di approvare (o discutere) la seguente linea d’azione: a.Invio di una lettera al resp. naz. nella quale vengano evidenziate le criticità emerse a valle della riunione, con invito a risolverle, anche cambiando, se necessario, la struttura dei nodi, prima della stesura del progetto definitivo da inviare ai referee esterni; b.“Monitoraggio” da parte dei referee interni della risposta alla sollecitazione di cui al punto a.; c. Proposte alternative/addizionali che emergano dalla discussione.

24 MneMONiC (Models and Monte Carlo Simulations in Statistical and Quantum Mechanics) Responsabile nazionale: Paolo Pasini Struttura dei nodi e responsabili locali: [Bologna] Responsabile locale: P. Pasini (S) Composizione: 2 S; [Padova] Responsabile locale: F. Baldovin (S) Composizione: 1 S.

25 MneMONiC (Models and Monte Carlo Simulations in Statistical and Quantum Mechanics) Abstract (I): In collaboration with researchers at the Consortium RFX in Padova and at the University Aix-Marsiglia we plan to apply the theoretical results obtained for open long-range interacting systems to the description of nonequilibrium properties of plasma systems. The passage from general long-range theoretical models to plasma physics will be operated by matching the formers to simple plasma kinetic instability models. These, together with mesoscopic models, in turn are capable to capture the basic features of the quasi single helicity states of the RFP, which play a crucial role for the confinement of these fusion plasmas. Within this research line we expect to uncover the rules of self-organization of plasmas with (neo)classical transport and the domain of applicability of Vlasov equation to fusion plasmas. The final goal is to understand the mechanisms of anomalous transport and of internal transport barriers.

26 MneMONiC (Models and Monte Carlo Simulations in Statistical and Quantum Mechanics) Abstract (II): For the anisotropic systems we shall continue the study of topological defects with particular attention to confined systems in collaboration with the Universities of Hyderabad (India), Maringa' (Brazil) and Ljubljana (Slovenia).

27 Osservazioni dei referee interni 1. Il progetto ha sicuramente valore scientifico, ma è basato su di un unico argomento di ricerca, relativo ad un modello di plasma di fusione fuori dall’equilibrio che, da solo, probabilmente non motiva la costituzione di una I.S.. Il progetto, inoltro, per come è presentato, appare poco consistente con le tematiche di Linea 6; 2. Così come è strutturata nella proposta, MneMONiC avrebbe FTE=2.5, con un nodo (PD) con FTE=1.0 ed un altro con FTE=1.5. Al momento risulta fortemente sottodimensionata, anche in relazione alle altre I.S. proposta per la Linea 6; 3. Alla luce dei punti 1 e 2, le possibili (alternative) linee d’azione individuate dai referee sono: a.Approvare la proposta “sub condicione”, inviando una comunicazione al responsabile nazionale per invitarlo a pensare ad estendere progetto di ricerca e struttura dei nodi o, in alternativa, ad accorpare l’I.S. a qualcun’altra; b.NON approvazione della I.S. a valle delle motivazioni discusse sopra; c. Eventuali proposte alternative che emergano dalla discussione.

28 Situazione dopo la ristrutturazione * A parere dei referee, 4 II.SS. di Linea 6 possono essere approvate così come sono. Due, vanno opportunamente riconsiderate; * Dettagli ulteriori disponibili “on demand”.