Attività di Gruppo V e connesse Preventivi 2017 Iaia Masullo Consiglio di Sezione 11/12 luglio

La situazione finanziaria…..sempre un pò in affanno Per il 2017 il bilancio della CSN5 resterà all’incirca invariato (5.3 M), in cui è al solito compreso 1M per le 3 nuove call (quest’anno non tematiche) 6 nuovi progetti giovani (scadenza presentazione 21 luglio 2016), per un totale circa di 0,6 M di cui 0,3 provenienti dalle altre commissioni Continuazione call precedenti, progetti giovani precedenti …e i vecchi esperimenti Per il 2017, lo spazio per molte iniziative nuove non è ampio, anche se sono stati richiesti nuovi fondi in virtù dell’ottimo lavoro della commissione ampiamente riconosciuto anche dal Comitato Esterno di Valutazione dell’INFN. …..vedremo se sono solo promesse o se ci saranno fatti concreti! 2

La sezione di Napoli/Salerno Nel 2014, 14 esperimenti, 1 call Nel 2015, 12+ 1(Sa) esperimenti, 5 collegati, 1call 3 Nel 2016, 9 esperimenti, 3+1(Sa) sotto dotazioni, 5collegati, 1call 1call Nel 2017, 13 esperimenti, 5collegati, 1call 1call 1 call nuova Acceleratori : 4+1call Interdisciplinare/fisica generale: call Rivelatori : 3 +1call Elettronica : 1 AnnoFTEFTE/esper 20142,5/ ,8 2016(Na+Sa)27,11,7 2017(Na+Sa)28,81,8

Esperimenti in chiusura Syrmat-CT (Giovanni Mettivier ) interdisciplinare Sotto dotazioni (RDH, interdisciplinare, SL-Gresist, acceleratori, VSIPMT, rivelatori) Afferenti come attività alla CSN5, ma con gestione economica non della commissione (fondi INFN) RADIOLAB –(Gabriella Pugliese, resp. Naz) divulgazione scientifica 4

Prolungamento ARCHIMEDES (Enrico Calloni, resp, naz) interdisciplinare/fisica generale ETHICS (Lorenzo Manti, resp. naz) interdisciplinare ISIDE (Ruggiero Vaglio ) acceleratori L3IA (Renato Fedele) acceleratori e dosimetria MICE 2020 (Vittorio Palladino) rivelatori MPGD-NEXT (Massimo Della Pietra) rivelatori NEWREFLECTIONS (Giampiero Esposito) interdisciplinare (spazio) SL-COMB (Renato Fedele) acceleratori Call AXIOMA (Luigi Santamaria) – rivelatori per dark matter Call MAGIX (Salerno - Umberto Gambardella) - acceleratori Esperimenti in continuazione 5

Afferenti come attività alla CSN5, ma con gestione economica non della commissione SMART-SPY-----INFN-E (Vincenzo Roca, resp. naz.) rivelatori/interdisciplinare (fondi INFN) (PREMIALI) (PREMIALI) EOS (Alberto Aloisio, P.I. del premiale INFN-CNR) rivelatori MURAVES (Giovanni Macedonio, P.I del premiale INGV-INFN, Giulio Saracino per INFN) rivelatori Esperimenti in continuazione 6

Con gestione economica esterna all’INFN TT-ITEL (Iaia Masullo, responsabile scientifico) acceleratori STRESS (Giulio Saracino, responsabile scientifico) rivelatori Con SOGIN (Vincenzo Roca, responsabile scientifico) sistema di rilevatori Esperimenti di trasferimento tecnologico, in continuazione 7

Esperimenti nuovi CALPRO (Michele Iacovacci, resp. naz ) rivelatori INSIDE (Francesco Di Capua, resp. naz) elettronica/rivelatori MICA (Maria Rosaria Masullo) acceleratori SRT (Giovanni Mettivier, resp. naz) interdisciplinare SYRM3D (Giovanni Mettivier) interdisciplinare CALL MOVE-IT (Maria Gabriella Pugliese) interdisciplianre 8

Interdisciplinare In continuazione Archimedes Ethics Newreflections Nuovi SYRM3D SRT MOVE IT (CALL) 9

ARCHIMEDES Esperimento di fattibilità per la misura della interazione fluttuazioni di vuoto con la gravità 10 Partecipanti: S. Avino, E. Calloni, S. Caprara, M. Grilli, E. Majorana, G. P. Pepe, S. Petrarca, P. Puppo, F. Ricci, L. Rosa, C. Rovelli, N. Saini, C. Stornaiolo, F. Tafuri Sezioni INFN: Napoli, Roma1 Altre partecipazioni: INO: sez. Napoli - Partecipazioni straniere: Université Aix-Marseille Centre de Physique Théorique de Luminy NAPOLI: E. Calloni 30%, L. Rosa 40%, F. Tafuri 40%, C. Stornaiolo 20%, G. P. 30%, S. Avino 50%, TFE 2.1 Napoli: Consumo (Lavorazioni meccaniche, ottica, superconduttori): 27 KE – missioni 2 KE – Totale Napoli 29 Keuro

Scopo dell’esperimento: verificare la fattibilità attraverso la costruzione di un prototipo di bilancia, di un prototipo di attuatore termico e verifica teorica di Casimir in multistrato per misurare le fluttuazioni del vuoto 11 Completamento delle milestones 70%: costruita e verificata la bilancia, con specifiche migliore delle attese, simulato l’attuatore, primi risultati teorici sul multistrato e superconduttori. Non si riuscirà entro il 2016 completare la parte degli attuatori termici, causa fortissima responsabilità, nella realizzazione dei payloads di Virgo di una parte dei partecipanti

Cosa ci si propone di fare nel prolungamento Completare la simulazione degli attuatori termici (Roma1) Test su sistema criogenico (Roma1) Realizzazione di un prototipo di bilancia in scala 1:1, sotto vuoto, temperatura ambiente (Napoli) Misura del rumore sismico, eventualmente utilizzando la bilancia appena costruita come tiltometro a bassa frequenza, nel sito Sos-Enattos. Se come appare da misure preliminari, il rumore sismico è dell’ordine del limite inferiore della curva di Petterson, la misura finale potrebbe essere eseguita senza bisogno di pre-attenuatori, con grande semplificazione dell’esperimento. (Napoli) Completamento della parte teorica (Napoli-Roma1) 12

ETHICS Pre-clinical experimental and theoretical studies to improve treatment and protection by charged particles INFN CSN-V Studio dei meccanismi di base dei danni subletali indotti su cellule sane da particelle cariche di interesse terapeutico per sviluppare strategie utili a minimizzare le conseguenze per la salute umana 13

Unità di partenza nel 2015:  NA (L.Manti) Responsabile nazionale  PV (F.Ballarini)  LNL (R.Cherubini)  AQ (L.Palladino)  Roma1 (M.A. Tabocchini)  BO (G.Castellani)  LNS (A. Scordino)  LNF (M.Cestelli Guidi)  Bari (V. Capozzi) dal 2017 Nel 2016 si sono aggiunte: Boccia Mafalda 70% Bravatà Valentina 70% Campajola Luigi 20% Forte Giusi Irma 50% Lepore Maria 70% Manti Lorenzo 70% Marchese Valentina 30% Minafra Luigi 70% Pisciotta Pietro 30% Russo Giorgio 10% Sabini Maria Gabriella 20% Valastro Lucia 50% N.B Due laureande magistrali in fisica discuteranno la tesi sulle tematiche di ETHICS entro il 2016 AQ 1.7 BA 3.0 ISS Roma LNL 1.6 NA 5.6 (in collaborazione con CNR-IBFM, Cefalù, PA) PV 4.5 (in collaborazione con CNAO –Pavia) BO 5.4 LNF 1.4 (in collaborazione con ENEA) LNS 3.4 FTE totali

Principali risultati raggiunti  Per comprendere i meccanismi di base dell’azione delle particelle cariche e del ruolo biofisico della loro struttura di traccia  Modellizzazione dell’induzione di danni clusterizzati al DNA (codice FLUKA ad hoc)  Realizzazione di un microbeam per la generazione laser di raggi x ultra molli per lo studio dell’azione di elettroni a fine range  Per individuare strategie pre-cliniche volte ad aumentare la radioresistenza del tessuto sano e mitigare gli effetti dannosi dell’irraggiamento tumorale sulle cellule sane adiacenti:  Identificazione del ruolo della risposta infiammatoria nel determinare la radiosensibilità di cellule sane esposte a fasci di protoni  Dipendenza dalla dose e dal rateo di dose del differenziamento di cellule staminali da parte di cellule tumorali irraggiate con fasci di particelle alfa  Quantificazione dell’andamento temporale della senescenza prematura di cellule endoteliali e loro effetto sulla proliferazione di cellule tumorali irraggiate con fasci di ioni carbonio  Per realizzare una linea di fascio dedicata all’irraggiamento con protoni terapeutici di piccoli animali per studi di potenziale impatto clinico-traslazionale  Simulazione del trasporto del fascio e della distribuzione di dose in vivo mediante metodi Monte Carlo e di imaging medico  Ottenimento delle autorizzazioni ministeriali e realizzazione di uno stabulario temporaneo per il trattamento degli animali 15

NEW Reflections(LNF, Padova, Napoli) The Earth-Moon system as a testbed for general relativity and effective field theories of gravity. E. Battista 70% G. Esposito 20% A. Grado 10% 16

Since the three-body problem of classical celestial mechanics is just an approximation of a much more complicated setting, it is conceptually desirable to improve the current understanding of solar system dynamics in general relativity, as a first step towards a more accurate theoretical study of orbital motion in the weak-gravity regime. For this purpose, starting from the Einstein equations in the de Donder-Lanczos gauge, we have studied first the Levi-Civita Lagrangian for the geodesic motion of celestial bodies, showing in detail under which conditions the effects of internal structure and finite extension get cancelled in general relativity to first post-Newtonian order. The resulting nonlinear ordinary differential equations for the motion of planets and satellites have been solved for the Earth’s orbit about the Sun, written down in detail for the Sun-Earth- Moon system, and investigated for the case of planar motion of a body immersed in the gravitational field produced by the other bodies (e.g. planets with their satellites). At this stage, we have proved an exact property, according to which the fourth-order time derivative of the original system leads to a linear system of ordinary differential equations. This is an interesting new perspective on forthcoming research on planetary motions in general relativity within the solar system, although the resulting equations remain a challenge for numerical and qualitative studies. Last, the evaluation of quantum corrections to location of collinear and noncollinear Lagrangian points for the planar restricted three-body problem has been revisited, and a new set of theoretical values of such corrections for the Earth-Moon-planetoid system has been obtained. On the side of classical values, the general relativity corrections to Newtonian values for collinear and noncollinear Lagrangian points of the Sun-Earth-planetoid system have also been obtained. 17

SR 3 T S ynchrotron R adiation R otational R adio T herapy for breast cancer NUOVO 18

Radioterapia convenzionale a)Utilizzo di acceleratori lineari al megavoltaggio (LINAC) e 2 fasci incidenti lateralmente nel seno b)Distribuzione di dose risultante e problematica legata allo “skin sparing” ed alla salvaguardia degli altri organi come il cuore (la attuale EBRT deposita sulla pelle fino al 40% della dose al tumore ≈ 20 Gy) 19

Dose nel tessuto Attualmente si lavora con fotoni di energie dei MV per evitare di danneggiare la pelle I più usati sono gli spettri prodotti da acceleratori che lavorano a 6-9 MV 20

Rotational radiotherapy w/ orthovoltage x-ray tube Energia: 178 keV Dimensioni fantoccio: 14 cm diametro 9 cm altezza Materiale: polietilene Collimazioni fascio: 1, 7, 14 cm in direzione x 1.Quando il fascio è stretto (1 cm) la dose al bordo è meno del 10% di quella al centro. 2.Quando il fantoccio è totalmente irraggiato (14 cm) il massimo della dose è al bordo ed il profilo è a forma di coppa 21

Australian synchrotron Beamline IMBL Motorized robot for patient bed movement 22

SEZIONI PARTECIPANTI – TEMPO PERSONA– DURATA – RICHIESTA FINANZIARIA Sezioni INFN Napoli 3,5 FTE + 3 FTE esterni Cagliari 1,5 FTE External Collaboration Università Milano Bicocca Fondazione San Raffaele Milano CRN – Istituto Fisiologia Clinica Australian Synchrotron Elettra Synchrotron European Synchrotron Radiation Facility RMIT Melbourne Durata 4 anni Richiesta finanziaria 30 keuro al primo anno 100 keuro in 4 anni 23

Micro Beam Radiation Theraphy 200 keV 2 MeV 200 keV 24

Syrma-3D Implementare ad Elettra la breast Computed Tomography (CT) (TS, FE, NA, PI, CA) Collaborazioni esterne Elettra NUOVO 25

Syrma-3D WORK PACKAGEOBIETTIVIPartners WP1: CoordinamentoTS WP2: Protocollo, Gestione esame, Adeguamento Facility Definizione del protocollo d’esame Sviluppo sistema di controllo dell’esame Definizione e realizzazione nuovo SHMI (Supervision and Human-Machine Interface) Elettra, AOUTS, TS WP3: Ottimizzazione detector ed Algoritmi Ricostruzione Caratterizzazione di Pixirad-8 nelle condizioni d’esame Ottimizzazione tecniche di ricostruzione (sia per la ricostruzione di controllo che per quella diagnostica) PI, CA, Elettra WP4: Controlli di Qualità (CQ) e Dosimetria Definizione dei CQ Realizzazione procedure SW/HW per CQ; Gestione dati pazienti; AOUTS, FE, Elettra, TS, NA WP5: Valutazione clinica e radiologica Valutazione qualità diagnostica dell’immagine e confronto con altre tecniche 3D (tomosintesi, eventualmente RM o US) AOUTS, Elettra, CA, PI 26

WP4: Controlli di Qualità e Dosimetria (AOUTS, Fe, Elettra, Ts, Na) Syrma-3D 1.Definizione dei CQ 2.Realizzazione procedure SW/HW per CQ; 3.Gestione dati pazienti; 4.Studi distribuzione di dose. Partecipanti- NAPOLI -Giovanni Mettivier (RU)40% -Paolo Russo (PO) 40% -Roberta Castricone (Bors U)50% -Francesca Di Lillo (Dott.)20% -Antonio Sarno (Dott.)20% TOTALE1,5 FTE 27

INFN Call group V 2016 oVe IT Modeling and Verification for Ion beam Treatment planning Emanuele Scifoni, TIFPA-INFN (National Coordinator) Local Coordinator: Mariagabriella Pugliese, INFN Sezione di Napoli Napoli, 11 luglio 2016 NUOVO 28

Napoli, 11 luglio 2016 CALL OBJECTIVE Development of innovative Models for biologically optimized treatment planning with ion beams and dedicated Verification devices for experimental tests in 3 INFN accelerator facilities The radiobiological implementation in ion TPS of nuclear interactions (FOOT experiment), intratumor heterogeneity, TCP and NTCP models, will be tested with newly patented tools for in-vitro and in-vivo irradiation, requiring development and update of the 3 complementary INFN accelerator facilities for pre-clinical verification 29

Rivelatori 30 In continuazione MICE 2020 MPGD-NEXT AXIOMA (call) SMART-SPY (parte esperimento, parte conto terzi) Nuovi CALPRO

Demonstration of ionization cooling MICE approved to: Design, build, commission and operate a realistic section of cooling channel Measure its performance in a variety of modes of operation and beam conditions Results will allow Neutrino Factory [and Muon Collider] complex to be optimised Requirements: Normalised transverse emittance: 0.1% Requires selection of 99.9% pure muon sample 31 MICE2020 : Vittorio Palladino (10%) particle ID detectors (TOF & Calorimetro), richiesta pochi kE (ME+Consumo)

Overview of schedule: Study of the factors that affect ionization cooling (Step IV): Construction complete: Data taking in progress : Summer 2015 — on Final Demonstration of ionization cooling: Ready for Data taking : mid 2017 or so 32 Muon Emittance reduction Muon Transmision

MPGD_NEXT: Composizione e Anagrafica Progetto per lo sviluppo di nuovi rivelatori della famiglia (MPGD) MicroPattern Gaseous Detector 6 Task e 5 Unità INFN coinvolte (TS, BA, NA, RM3, LNF) 28 partecipanti – 5.2 FTE Unità di Napoli: (insieme a RM3): Task 3: High Performance MM Sviluppo di nuove Micromegas con lettura a piccole PAD resistive per alta “rate capability” (o 1MHz/cm 2 ) Composizione: M. Della Pietra (0.2 FTE) M.G. Alviggi (0.2 FTE) V. Canale (0.2 FTE) G. Shekhniaidze (0.2 FTE) C. Di Donato (0.2 FTE) (in aggiunta dal 2017) 33

MPGD_NEXT: Status Primo prototipo progettato e costruito con la tecnica dello “screenprinting” 48x16 pads (0.8 x 2.8 mm 2 ) 768 canali di lettura Misura del guadagno in funzione della tensione fra mesh e pad lettura. Sorgente di Fe55, corrente misurata sulla mesh Guadagno compatibile con le bulk MM Troppe scariche presenti, dovute probabilmente ad irregolarità del bordo delle pad resistive intrinseche nella tecnica di screenprinting TEST IN LABORATORIO PRIMO PROTOTIPO SECONDO PROTOTIPO Nuovo prototipo costruito con isolante in capton Stesse dimensioni e stessa segmentazione Prorotipo appena ricevuto Test CERN in Ottobre 34

Sezioni INFN: Padova, Laboratori Nazionali di Legnaro, Cagliari, Pisa, Ferrara, Palermo Istituzioni esterne all'Ente partecipanti: Istituto Nazionale di Ottica, Università di Palermo Anagrafica Napoli: Maurizio De Rosa (Ricercatore) 20 Di Sarno Valentina (Assegnista di ricerca) 60 Pasquale Maddaloni (Ricercatore) 30 Luigi Santamaria Amato (Ricercatore T.D.) 70 AXIOMA—Call di DARK Matter 35

Erbium energy levels Two possible pumping schemes One vis photon Two IR photons drawback Low efficieny (intrinsec and external) Larger linewidth Complexity due to more levels zeeman splitting Double resonance Interlevel relaxation Two laser sources 36

Is the best transition among the investigated transitions Efficiency, slope (can be improoved with doping and temperature) A commercial 520 nm laser does not exist Second harmonic generation of a tunable (1040 nm) amplified laser diode One photon transition 37

IR transition are extremly narrow Two IR photons Journal of Luminescence 169 (2016) 478–482 The second transition can be large Some measurement has already been performed … Some pm width, very low double resonance at 840 nm 38

CALPRO Unconventional CALorimetry PROposal Estensione della calorimetria a singolo strato di rivelatore di particelle cariche, utilizzata ad altissime energie (PeV), alle energie più basse dei fasci di particelle in acceleratori (TeV). NUOVO Sez. coinvolte : Napoli, Roma2, Salerno Rappres. Nazionale Michele Iacovaccii 39

Smart-Spy (INFN-E/NA) Scopo dell’esperimento è la realizzazione di hardware e software per la gestione automatica ed unitaria di un sistema distribuito di rivelatori. L’obiettivo è quello di sviluppare interfacce dedicate a ciascun tipo di rivelatore per collegarlo, attraverso un microcontrollore, alla rete in modo standard è “smart” il rivelatore facile da collegare (solo alimentazione e porta di rete) trova automaticamente la rete a cui connettersi si autoriconosce e autoconfigura si autoavvia e funziona nell’ambito del protocollo impostato è “smart” la rete gestisce e imposta automaticamente la comunicazione con i rivelatori effettua il controllo remoto in maniera centralizzata conserva il DB dei rivelatori e gestisce l’analisi e la memorizzazione dei dati Il  - controllore l’interfaccia al rivelatore alla rete

Ad oggi sono attivi i primi due rivelatori “associati” a Smart-Spy: un monitor di radiazione  un contaminametro per  e  È in completamento l’interfaccia per un rivelatore per la spettrometria  di nuclidi depositati su filtro ed il relativo sistema di flussaggio dell’aria. Seguirà quella per integrare nella rete uno spettrometro . Smart-Spy La Sogin ha commissionato all’INFN una rete Smart-Spy composta da 8 GM, 3 spettrometri alfa e tre spettrometri gamma da installare presso il sito del Garigliano entro il settembre 2017

rivelatori per prototipi di Smart Detectors3, 0 k€ realizzazione circuiti stampati5,0 k€ componenti elettronici 3,0 k€ Compute oper ospitare il server2,0 k€ Spostamenti3,0 k€ progettazione elettronica e sviluppo software borsa INFB per 1 anno richiesta per SER1,5 mu richiesta per OM 0,5 mu richiesta per PM 1 mu Smart-Spy (2,4 FTE)

Acceleratori 43 In continuazione SL-COMB ISIDE L3IA MAGIX(call) Nuovi MICA

SL COMB COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI NAPOLI NOMINATIVOQUALIFICATIPO DI RAPPORTO CON L’ INFN COMMISSIONE NAZIONALE % impegno 1De Nicola SergioPrimo Ric. CNRAssociazioneCSN V 50 2 Fedele Renato Prof. Associato AssociazioneCSN V 50 3 Davide Terzani Dottorando AssociazioneCSN V 50 N. Totale Ric.3Totale FTE 1.5 Sezioni partecipanti: LNS-Catania, LNF – Frascati, Lecce, Milano, Napoli, Roma1, Roma2, Resp. naz.: Enrica Chiadroni (Frascati) - resp. loc: Renato Fedele MI + ME 2 kEURO 5.0 kEURO 3 kEURO RICHIESTE FINANZIARIE 2016

The Experiment   The experiment called SL_COMB aims at the acceleration of high brightness electron beams by resonant plasma wakefields   A train of driver bunches, separated by a plasma wavelength (~ps time scale), resonantly excite a plasma wake, which accelerates a trailing witness bunch injected at the accelerating phase A train of high brightness bunches with THz repetition rate, so-called comb beam, is properly generated at the photo-cathode, and manipulated through the velocity bunching technique, in order to be injected in a H2-filled plasma discharge capillary

NTA SL COMB - PROGRAMMA DEL GRUPPO DI NAPOLI Nel 2017 continua la linea di ricerca (teorica) del 2015 e del 2016 sulla Plasma-based manipulation: applicazioni degli effetti 3D collettivi di interazione PWF per lo sviluppo di tecniche di manipolazione di fasci di particelle cariche relativistiche  Studio progettuale di una lente a plasma in regime di autofocalizzazione lineare e non lineare (dinamica trasversa)  Dinamica collettiva longitudinale nella propagazione di bunches di elettroni/positroni ultra-relativistici e ultra-corti, de- chirping di fasci di elettroni preservando le loro qualità  Studio del meccanismo fisico della Self Modulation Instability di fasci lunghi di elettroni/positroni e dei processi di emissione di radiazione di betatrone associati (lunghezze d’onda ultra- corte)

NOMINATIVOQUALIFICATIPO DI RAPPORTO CON L’ INFN COM. NAZIONALE % impegno 1De Nicola Sergio Primo Ric. CNR AssociazioneCSN V 50 2 Fedele Renato Prof. Associato AssociazioneCSN V 50 3 Fiore Gaetano Prof. Associato AssociazioneCSN V 20 4 Manti Lorenzo Ric. Univ.AssociazioneCSN V20 5 Quarto Maria Ric. Univ.AssociazioneCSN V40 6 Terzani Davide DottorandoAssociazioneCSN V50 N. Totale Ric.6Totale FTE 2.3 L 3 IA (Line for Laser Light Ion Acceleration) Sezioni partecipanti: Milano, Pisa, Napoli, LNS-Catania, LNF – Frascati Resp. naz.: Dario Giove (Milano) & Leonida Gizzi - resp. loc: Renato Fedele 47

 Ion acceleration driven by ultraintense and ultrashort laser pulses is attracting an impressive and steadily increasing effort.  In a conventional accelerator, the accelerating radio-frequency electric field is limited to the ‘breakdown field’ at which it begins to rip electrons from the surrounding metal accelerator cavities.  A plasma is already broken down: it can support electric fields orders of magnitude higher than can conventional accelerators.  Plasma wakefields can be created by either a single, intense laser or by a particle beam. Last year, laser- driven wakefield accelerators were used to produce monoenergetic electron beams in the gigaelectronvolt energy range over a few centimeters.  Experiments have demonstrated, over a wide range of laser and target parameters, the generation of multi-MeV proton and ion beams with unique properties such as ultrashort duration, high brilliance, and low emittance. 48

Theoretical activity  Development of appropriate semi-analytical approach that should be strictly related to the experimental setup and data on TSNA mechanism. This will allow to develop “ad hoc” models to design the experimental device (i.e., a stable source at 14 MeV).  We expect to conceive a 3D model of the TNSA mechanism which takes into account not only the relevant aspects of the longitudinal accelerating fields, but also the manipulations that in principle could be performed by using the transverse fields, such as focusing, that are in competitions with the effects of the thermal ion beam emittance.  Construction of simple models and numerical tools capable of providing satisfactory physical interpretation for the purely numerical results obtained from the usual simulation codes. MAIN GOALS OF NAPOLI GROUP (in continuation of the activity of 2016) Radiobiological activity  Irradiation with conventional particle beams with very high rate of dose and/or pulsed  Laser-drive irradiation 49

MI + ME 2.0 kEURO 7.0 kEURO 5.0 kEURO CONSUMO - Materiale di consumo radiobiologico - Consumo ordinario 10 kEURO 1.5 kEURO LICENZE SOFTWARE 12.0 kEURO RICHIESTE FINANZIARIE 2016 L 3 IA FTE:

Esperimento ISIDE - LNL e Sezione di Napoli Gruppo V - INFN Sviluppo di cavità a film sottile in Niobio su Rame verso prestazioni superiori a quelle realizzate in Niobio massiccio L’obiettivo della Sezione di Napoli e’ lo sviluppo di modelli e delle relative strategie operative per la riduzione del cosiddetto «Q-slope» L’attivita’ e’ principalmente teorica. Partecipanti : -Ruggero Vaglio 30% -Antonio Cassinese 20% La richiesta finanziaria per il 2017 e’ di 3000euro/anno esclusivamente per Missioni (LNL e altre Sezioni INFN, Congressi specialistici) Nel II anno (2016) si e’ sviluppato un modello innovativo per il Q-slope legato a difetti termici all’interfaccia Nb/Cu. Dalle misure di Q v.s. E acc attraverso tecniche tipiche dei «problemi inversi» e’ stato possibile ricavare la funzione f(R NC ) e confrontarla con le distribuzioni statistiche attese per diverse tipologie di difetti termici ~ log-normal funzione di distribuzione 51

Nel 2016 nell’ambito di ISIDE e’ stato pubblicato l’articolo :V. Palmieri and R. Vaglio : Thermal Contact Resistance at the Nb-Cu interface as a limiting factor for sputtered thin film RF Superconducting cavities (Supercond. Sci. Technol. 29,015004, 2016) e sono state presentate alcune comunicazioni a conferenze internazionali. Nel III anno (2017), in collaborazione con il CERN, lo stesso modello verra’ applicato alla produzione di serie delle cavita’ di ISOLDE, con l’intento di individuare la tipologia dei difetti termici che induce il Q-slope in queste cavita’. The HIE‐ISOLDE QWR cavities, before (top left) and after (bottom left) coating, and 3D illustration of the cavity geometry (right) Verra’ inoltre sviluppato un modello teorico per la determinazione del fattore di merito delle cavita’ acceleranti in presenza di alti campi magnetici. 52

MICA Mitigate Instabilities in Circular Accelerators - Motivations INFN has a longstanding tradition and a series of well developed competences on issues related to various aspects of the ongoing global effort in accelerator technology aiming to the reduction of collective effects in Circular Accelerators. LNF, Na, and Roma1 are collaborating with CERN and in international contests on issues aiming to optimize the performance of most of the existing and future circular colliders:   HiLumi LHC, which is the major funded upgrade to increase LHC luminosity by a factor of 10 beyond its design value. The project is co-funded by the EU and implies significant upgrades not only for LHC but for all the machines in the injection chain (LIU project).   FCC (Future Circular Collider): INFN and University of Roma1 are participating to the global effort (lead by CERN) to study a post-LHC particle accelerator in a worldwide context. The project is co-funded by the EU and it is exploring the potential of hadron and lepton circular colliders, considering the technology R&D programs that would be required to build them. The goals of this project are: Predict the behaviour of these future accelerators in terms of beam stability due to the increase of beam intensity that could lead to undesirable collective effects, triggered by self-induced em fields, which may play an important role in the machine performance. Put together several competences available at INFN to fully qualify materials to be compliant to operational parameters of such future accelerators. Create an INFN network able to completely perform theoretical and experimental studies on collective effects. 53

MICA GOALS Predict the behaviour of these future accelerators in terms of beam stability due to the increase of beam intensity that could lead to undesirable collective effects, triggered by self-induced em fields, which may play an important role in the machine performance. Put together several competences available at INFN to fully qualify materials to be compliant to operational parameters of such future accelerators. Create an INFN network able to completely perform theoretical and experimental studies on collective effects. 54

MICA – Groups and people LNF: R. Cimino (national and local responsible) - (total of about 7 FTE). Main activity: study, measurements and characterization of materials under vacuum at low temperature, with particular regard to surface properties like surface chemistry, Secondary Electron Yield (SEY), Photoemission, Photoelectron Yield (PY), photon Reflectivity (R) in realistic conditions and under electron, photon and ion bombardment. Roma1: M. Migliorati (local responsible) - (total of about 2 FTE). Main activity: Study and simulations of coupling impedances and wake fields. Beam measurements at CERN. Study of collective effects and instabilities for FCC-ee, LIU and HL-LHC. Napoli: M. R. Masullo (local responsible) - (total of about 2 FTE). Main activity: Coupling impedance measurements with telescopic method, study and e.m. characterization of metamaterials for HOM damping, Amorphous Carbon (a-C) and other high frequency (hundred of GHz to THz). 55

MICA is organized in WP’s: WPTITLEUNITS INVOLVEDRESPONSIBLE WP1Surface properties of Carbon and Cu Surfaces for HL-LHC LNF-INFN CERN R. Larciprete WP2Vacuum stability at FCC-hhLNF-INFN CERN R. Cimino WP3Synchrotron radiation material studiesLNF-INFN CERN R. Cimino WP4Impedance simulations and beam dynamics studies Rome1-INFN Na-INFN CERN M. Migliorati WP5 Impedance Study and measurements of materials in real condition Na-INFN Salerno-INFN Rome1-INFN M.R. Masullo WP6Feedbacks for FCC-eeLNF-INFN CERN A.Drago 56

WP4Impedance simulations and beam dynamics studies Rome1-INFN Na-INFN CERN M. Migliorati Main activity: Study and simulations of coupling impedances and wake fields. Beam measurements at CERN. Study of collective effects and instabilities for FCC-ee, LIU and HL-LHC. See: N. Biancacci, V. G. Vaccaro, E. Métral, B. Salvant, M. Migliorati, and L. Palumbo, “Impedance studies of 2D azimuthally symmetric devices of finite length”, Phys. Rev. ST-AB, 17, (2014). M. Migliorati, L. Palumbo, “Multibunch and multiparticle simulation code with an alternative approach to wakefield effects”, Phys. Rev. ST-AB, 18, (2015). N. Biancacci, V. G. Vaccaro, E. Métral, B. Salvant, M. Migliorati, and L. Palumbo “Impedance studies of 2D azimuthally symmetric devices of finite length” Phys. Rev. ST-AB 17, (2014). 57

WP5 Impedance Study and measurements of materials in real condition Na-INFN Salerno-INFN Rome1-INFN CERN M.R. Masullo Main activity: Coupling impedance measurements with telescopic method, study and e.m. characterization of metamaterials for HOM damping, Amorphous Carbon (a-C) and other high frequency (hundred of GHz to THz). See: A.D'Elia, M. R. Masullo and V. G. Vaccaro “High-accuracy measurements on biperiodical circuits”, Measurement Science and Technology, 29, 9 (2015) 58

Napoli: Goals: Study and measurements of materials (including superconductors) used in coatings proposed for the beam screen: Development at cryogenic temperature of the telescopic method below vessel cut-off to study effect of those materials on parameters of interest to collective effects studies and calculation Study and measurements of impedance of materials (including superconductors) in real conditions: Experimental measurements of the effect of a strong magnetic field on parameters of interest to collective effects studies and calculation Researcher involved: Antonello Andreone, Maria Rosaria Masullo, Marco Panniello, Gianpaolo Papari, Vittorio Vaccaro, laureanda (Anna Pugliese), laureandi 59

Napoli Activity 2016 : General e.m. analyses of material properties (metamaterials, vacuum coatings); Study and design of a dedicated test bench experimental set-up to be used at cryogenic temperature for electromagnetic characterization and impedance laboratory characterization of accelerator devices (with telescopic method) Design of dedicated experiments for cryogenic measurements of the coating effects on RF accelerator device parameters Conceive and design a unique set-up to measure Collective Effects related properties under magnetic field, at cryogenic temperature and in vacuum: In strong collaboration with Sa INFN branch with a unique system to measure impedance in real conditions occurring at HL-LHC and FCC-hh. 60

Utilizzo di metamateriali per damping di modi superiori in strutture risonanti 61 Materiali artificiali con Cavit à vuota Cavità con metamateriali

Test in near working condition In the framework of NAFASSY test stand development, the DISCORAP dipole, aperture 100 m, could be be installed and operated. This occurrence provides the opportunity of having an almost real accelerator environment (cold bore, fast ramping field, high vac) where to perform dedicated test. 62

Elettronica 63 Nuovi INSIDE

FlIcker Noise Studies for Investigation of Detector pErformances Responsabile nazionale: Francesco Di Capua Università di Napoli “Federico II”, Dip. Fisica “E. Pancini” and INFN INSIDE project Sezioni partecipanti: Napoli Gruppo collegato Cosenza (Roma1) 64

GRAZIE PER L’ATTENZIONE 65

Ricercatori/Tecnologi/Afferenti/FTE (dai preventivi 2016) Esperimento NA AGLACE2 ARCHIMEDES AXIOMA BIOSECTOR CERCA ETHICS ISIDE L3IA MICE_2020 MPGD_NEXT NEWREFLECTIONS NUMI RADIOLAB RDH_DTZ RED SL_COMB SL_G_RESIST SYRMA-CT VSIPMT FTE9,41,61,81,21,14,60,52,70,10,811,4120,83,30,9 66 Esperimento------SA ADCOAT CERCA MAGIX TOTALE FTE2,61,71,65,9 34,2 = FTE TOTALI FRA PERSONALE RICERCATORE E TECNOLOGO ( 33,6 FTE NEL 2015) 65 ricercatori di cui 41 afferenti GRV (63%) 23 donne ricercatrici (35%) di cui 19 afferenti (83%) 1 tecnolog0 afferente al GRV 5,9 = FTE TOTALI FRA PERSONALE RICERCATORE E TECNOLOGO 19 ricercatori di cui 18 afferenti GRV (95%) 4 donne ricercatrici (21%) di cui 3 afferenti (75%) 1 tecnolog0 afferente al GRV