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RICERCA SCIENTIFICA ITALIANA NEL MONDO - ECCELLENZE ITALIANE IN PRIMA LINEA: ANNA GRASSELLINO (FERMILAB) E ROCCO MONTONE (FONDAZ.GEMELLI)

(2020-09-01)

  In questi giorni ricercatori italiani, provenienti dal Sud Italia, in prima linea in ambito internazionale Anna Grassellino, fisico siciliano, Senior Scientist, Deputy Chief Technology Officer e Deputy Head of Applied Physics and Superconducting Technology Division presso il Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory).del Fermilab di Chicago; e Rocco Antonio Montone, cardiologo della Fondazione Policlinico universitario Agostino Gemelli IRCCS, a cui è andato il prestigioso Young Investigator Award della Società Europea di Cardiologia – ESC.

Nel primo caso:
Il Department of Energy degli Stati Uniti finanzia il Superconducting Quantum Materials and Systems Center, coordinato dal Fermilab di Chicago e guidato dall’italiana Anna Grassellino.
Al progetto contribuirà l'INFN con il suo know-how scientifico e tecnologico, e grazie al finanziamento realizzerà una facility per dispositivi quantistici nei suoi Laboratori Nazionali del Gran Sasso

Il finanziamento del Department of Energy (DOE)  statunitense al Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) di Chicago, il laboratorio selezionato per guidare uno dei cinque centri nazionali, nell’ambito della National Quantum Initiative degli Stati Uniti, lavoreranno per portare progressi trasformativi nella scienza dell’informazione quantistica. L’annuncio è stato dato il  26 agosto, congiuntamente dalla Casa Bianca – Office of Science and Technology Policy, dalla NSF National Science Foundation e dal DOE.

Il finanziamento, di 115 milioni di dollari, sarà erogato nell’arco di cinque anni, ed è destinato al nuovo centro di ricerca Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), con sede al Fermilab e al quale partecipano 20 istituzioni, tra cui l’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano, unico partner non statunitense del progetto. Guidato da Anna Grassellino, ricercatrice italiana del Fermilab che ha iniziato la sua carriera all’INFN.

SQMS avrà il compito di sviluppare un computer quantistico d’avanguardia con prestazioni mai raggiunte finora basato su tecnologie superconduttive. Il Centro svilupperà anche nuovi sensori quantistici con importanti applicazioni in fisica fondamentale, in particolare nella ricerca sulla materia oscura e altre particelle esotiche.

L’INFN riceverà un contributo di circa 1,5 milioni di dollari, e contribuirà al progetto grazie al suo know-how competitivo a livello mondiale in fisica teorica, nelle tecnologie superconduttive e criogeniche e nello sviluppo di rivelatori. Grande importanza nell’ambito di SQMS riveste la realizzazione di una facility per misure, test e validazione di dispositivi quantistici ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, luogo unico al mondo per attività a bassissime radioattività ambientali e per le riconosciute competenze in ambito criogenico. Inoltre, l’impiego dei dispositivi quantistici realizzati da SQMS consentirà all’INFN di sviluppare rivelatori più sensibili per l’osservazione di particelle esotiche che potranno essere impiegati, per esempio, in esperimenti sulla materia oscura.

Ci si aspetta che i risultati del progetto possano aprire la strada a studi teorici più accurati di fisica fondamentale e possano rivoluzionare le metodologie di analisi dei dati dei grandi esperimenti agli acceleratori. Inoltre, le impressionanti prestazioni di calcolo potranno fornire un contributo sostanziale anche in altri ambiti tecnico-scientifici, quali ad esempio la biologia e le biotecnologie.

“L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare italiano collabora con successo con il Fermilab da più di 40 anni ed è una grande soddisfazione per noi essere parte dello straordinario team SQMS”, sottolinea Antonio Zoccoli, presidente dell'INFN. “Grazie al suo elevato know-how scientifico e tecnologico, e tenendo conto del ruolo dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, il più grande laboratorio sotterraneo dedicato alla fisica astroparticellare e uno dei luoghi a più bassa radioattività al mondo, l’INFN come partner di questo progetto porterà il suo significativo contributo al progresso non solo della fisica fondamentale ma anche della scienza e della tecnologia quantistiche”, conclude Zoccoli.

“La collaborazione con il progetto SQMS apre un nuovo promettente filone di ricerca per i Laboratori del Gran Sasso, che hanno le potenzialità per diventare un centro di eccellenza in questo campo: l’eccezionalità dei laboratori sotterranei unita alle nostre competenze nella criogenia delle bassissime temperature e nella riduzione della radioattività ambientale ci pongono in una posizione privilegiata per lo sviluppo e il test di qubit con prestazioni senza precedenti”, spiega Carlo Bucci, ricercatore dell’INFN responsabile dell’esperimento criogenico CUORE dei Laboratori del Gran Sasso.

SQMS fa parte di un programma federale da 625 milioni di dollari che ha l’obiettivo di favorire e promuovere l'innovazione quantistica negli Stati Uniti. Il National Quantum Initiative Act del 2018 ha richiesto un impegno a lungo termine e su larga scala delle risorse scientifiche e tecnologiche statunitensi per la scienza quantistica.

“Il Fermilab è entusiasta di ospitare il Centro SQMS e di lavorare con questa eccezionale rete di collaboratori”, commenta Nigel Lockyer, direttore del Fermilab. “Questa iniziativa è in linea con la missione del nostro Laboratorio: ci aiuterà a rispondere a importanti domande sulla fisica delle particelle, e al contempo a contribuire ai progressi nella scienza dell’informazione quantistica, grazie alle nostre competenze e capacità nelle tecnologie degli acceleratori di particelle, come i dispositivi a radiofrequenza superconduttivi e la criogenia”.

La sfida del quantum computing. Al centro della corsa americana all’efficienza nel quantum computing, che ha un parallelo in Europa con la Quantum Flagship supportata da Horizon 2020 e Horizon Europe, c’è uno dei problemi oggi più importanti nella scienza della computazione quantistica: estendere il cosiddetto “tempo di coerenza”, cioè il tempo in cui un qubit (bit quantistico), mantiene inalterate le informazioni in esso contenute. Comprendere e mitigare le fonti che generano la “decoerenza” dei qubit è di fondamentale importanza per l’ingegneria dei futuri computer e sensori quantistici.

“Senza affrontare e superare il problema della decoerenza del sistema quantistico non siamo in grado di costruire computer quantistici che risolvano nuovi problemi complessi”, spiega Anna Grassellino, direttrice del centro SQMS del Fermilab. “Lo stesso – prosegue Grassellino – vale per i sensori quantistici, il cui spettro di sensibilità dovrà permetterci di affrontare questioni da tempo irrisolte in molti campi della scienza”. “Il superamento di questa limitazione cruciale avrà un grande impatto in diversi ambiti, dalle scienze della vita alla biologia, dalla medicina alla sicurezza, consentendo inoltre misure di incomparabile precisione e sensibilità nella scienza di base”, conclude la direttrice del Centro SQMS.

Le Istituzioni partner del Superconducting Quantum Materials and Systems Center sono: Ames Laboratory del DOE, Colorado School of Mines, Fermi National Accelerator Laboratory, Goldman Sachs, Illinois Institute of Technology, INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Janis Research, Johns Hopkins University, Lockheed Martin, NASA Ames Research Center, National Institute of Standards and Technology, Northwestern University, Rigetti Computing, Stanford University, Temple University, Unitary Fund, University of Arizona, University of Colorado Boulder, University of Illinois-Urbana Champaign.
Quantum computing e fisica di base.

La ricerca nell’ambito delle tecnologie quantistiche conta oggi sforzi di enorme portata in tutto il mondo. Oltre all’iniziativa americana, in parallelo si sta muovendo in Europa con obiettivi simili, la Quantum Flagship, supportata dalla EU nell’ambito di Horizon2020 e Horizon Europe. Al centro delle potenzialità rivoluzionarie del quantum computing, c’è il “qubit”, l’elemento base di un computer quantistico. Se un bit classico immagazzina un valore binario (0 oppure 1), un qubit, sfruttando le leggi della meccanica quantistica, può immagazzinare un’arbitraria sovrapposizione di stati di 0 e di 1. Le tecnologie sviluppate dalla fisica fondamentale per gli acceleratori possono essere utilizzate per realizzare nuovi tipi di qubit, capaci di conservare intatta l’informazione immagazzinata per tempi molto più lunghi di quanto sia possibile attualmente, consentendo così l’applicazione dei computer quantistici alla risoluzione di problemi estremamente complessi.

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Il Fermilab e l’INFN. Il Fermi National Acceleratory Laboratory (Fermilab) è uno dei più importanti centri per la fisica delle particelle degli USA, supportato dal DOE. Al Fermilab, con cui l’Italia, attraverso l’INFN, ha sottoscritto numerosi accordi di ricerca, lavorano oltre 150 ricercatori italiani e collaborano importanti aziende italiane leader nelle tecnologie di frontiera. Attualmente al Fermilab i fisici italiani, presenti con ruoli di rilievo sin dagli anni ’80, sono impegnati in esperimenti che studiano i neutrini, con gli esperimenti NOvA, ICARUS e LBNF/DUNE, e i muoni con gli esperimenti Muon g-2 and Mu2e.

Anna Grassellino è Senior Scientist, Deputy Chief Technology Officer e Deputy Head of Applied Physics and Superconducting Technology Division presso il Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory). La sua area di ricerca è la superconduttività a radiofrequenza, tecnologia chiave per acceleratori di particelle, rivelatori di particelle e applicazioni quantistiche. È nota per la scoperta del drogaggio con azoto delle cavità SRF (cavità superconduttive a radiofrequenza), che ha potenziato le prestazioni degli acceleratori di particelle in tutto il mondo. Il suo lavoro pionieristico sull’aumento del fattore di qualità delle cavità SRF le è valso il riconoscimento con diversi premi tra cui il Presidential Early Career Award da parte del Presidente Obama, il DOE Early Career Award, il IEEE Particle and Accelerator Science and Technology Award e il Frank Sacherer Prize. Ricopre una posizione di professore a contratto presso la Northwestern
University, ha un dottorato di ricerca in fisica presso l’Università della Pennsylvania e un Master in Ingegneria Elettronica presso l’Università di Pisa. Grassellino è  italiana ed è nata a Marsala, e attualmente vive negli Stati Uniti, a Batavia in illinois. È sposata con Alexander Romanenko, senior scientist del Fermilab e insieme hanno tre figli Stephen, George e Marie.

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ROCCO MONTONE

Assegnato al dottor Rocco Antonio Montone, giovane cardiologo della Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS, laureato e specializzato all’Università Cattolica, Campus di Roma, il prestigioso Young Investigator Award della Società Europea di Cardiologia - ESC. Il premio è stato conferito nel corso del congresso annuale Escardio, che si conclude oggi https://www.escardio.org/The-ESC/About/Awards/Young-Investigators-Awards.

L’importante riconoscimento ESC viene assegnato a un ricercatore under 40 per il miglior lavoro scientifico originale. La ricerca premiata, dal titolo “Macrophage infiltrates in coronary plaque erosion portend a worse cardiovascular outcome in patients with acute coronary syndrome”, è stata svolta in collaborazione tra Policlinico Universitario A. Gemelli IRCCS e il Queen Elizabeth Hospital di Birmingham (UK) e ha avuto come supervisor i docenti dell’Università Cattolica e cardiologi del Policlinico Gemelli professor Filippo Crea e professor Giampaolo Niccoli.

La ricerca premiata

L’erosione di placca è responsabile di almeno 1 caso su 3 di sindrome coronarica acuta. L’attivazione dell’infiammazione è considerata un meccanismo chiave nel rendere ‘instabile’ la placca aterosclerotica e quindi nel provocarne l’erosione che potrebbe condurre alla trombosi ‘occludi-coronaria’ e all’infarto. Fino a oggi non era mai stato studiato il ruolo dei macrofagi nell’erosione di placca. Gli autori di questo studio hanno valutato la presenza di infiltrati di macrofagi all’interno della placca ‘colpevole’ della sindrome coronarica acuta, attraverso l’OCT (Optical Coherence Tomography), una tecnica di imaging intracoronarico, che consente di osservare come al microscopio, ma in modalità ‘dal vivo’, le caratteristiche della placca aterosclerotica. Sono stati studiati in questo modo 153 pazienti; il 33,3% di loro presentava un’infiltrazione di macrofagi all’interno della placca ‘colpevole’ (all’OCT la placca emette una sorta di bagliori luminosi) e questa caratteristica si associava a una maggiore ‘malignità’ della placca aterosclerotica (cappuccio fibroso più sottile, maggiore presenza di trombi, elevato contenuto lipidico della placca). I pazienti con le placche infiltrate dai macrofagi sono inoltre risultati a maggiore rischio di mortalità cardiovascolare e di dover ricorrere alla rivascolarizzazione (mediante angioplastica) del vaso con la placca infiltrata rispetto a quelli senza infiltrato (21,6% contro 5,9%). “La presenza di infiltrato macrofagico nella placca ‘colpevole’ – commenta il dottor Montone, Dirigente medico UOC Cardiologia Intensiva, Fondazione Policlinico Universitario Agostino Gemelli IRCCS - rappresenta dunque un nuovo fattore di rischio indipendente per eventi cardiovascolari e si associa a una tipologia di sindrome coronarica acuta più aggressiva e a una prognosi a lungo termine peggiore. Nell’era della medicina di precisione, questa scoperta è di grande importanza perché dimostra che la presenza di infiltrato macrofagico consente di individuare i pazienti a maggiore rischio cardiovascolare, che richiedono un approccio più aggressivo in prevenzione secondaria e un più attento follow up clinico”.

“I risultati di questo studio - commenta il professor Crea, ordinario di Cardiologia all’Università Cattolica e direttore UOC di Cardiologia al Gemelli - a livello di pratica clinica stimoleranno una maggiore diffusione delle metodiche di imaging coronarico per caratterizzare al meglio il profilo di rischio dei nostri pazienti e destinare l’utilizzo di terapie antinfiammatorie di secondo livello, come il canakinumab o la colchicina, nei soggetti a rischio più elevato e che ne potranno trarre i benefici maggiori. Siamo orgogliosi del premio ‘Young Investigator Award’ che la Società Europea di Cardiologia ha assegnato al dottor Montone, perché valorizza il lavoro dei nostri giovani e la loro passione per la ricerca scientifica”.
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Il Dottor Rocco Antonio Montone, nato a Bella (Potenza), ha conseguito presso l’Università Cattolica del Sacro Cuore, campus di Roma la laurea in Medicina e chirurgica, la specializzazione in Malattie dell’Apparato Cardiovascolare e il dottorato di ricerca in Cardiologia. Ha svolto una fellowship in cardiologia interventistica presso il Royal Papworth Hospital di Cambridge (UK), il più importante ospedale cardio-toracico della Gran Bretagna. Dopo una breve esperienza lavorativa presso l’IRCCS Policlinico San Donato di Milano, è rientrato al Gemelli per occuparsi di ricerca sulle sindromi coronariche acute. Dal punto di vista clinico svolge la sua attività come cardiologo interventista e di terapia intensiva coronarica. Papà di due splendidi bimbi, di 4 anni e due mesi, è sposato con Silvia, anche lei cardiologa. “Dedico alla mia famiglia questo premio – conclude il dottor Montone – e ringrazio il professor Crea e il professor Niccoli che hanno creduto in me e hanno supportato e illuminato il  mio percorso di ricerca” (01/09/2020-ITL/ITNET)

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