Questa linea di ricerca si occupa dello sviluppo di algoritmi stocastici per la risoluzione dell’equazione di Schödinger e della loro applicazione per lo studio della struttura elettronica di sistemi correlati, e per l’indagine della chimica esotica di sistemi atomici e molecolari contenenti particelle esotiche come positroni o muoni.

Questa linea di ricerca è focalizzata sulla ricostruzione del comportamento strutturale, microstrutturale e dinamico (misure risolte in tempo) di materiali nanostrutturati, a scale di lunghezza differenti (a partire dalla risoluzione atomica fino a dimensioni nanometriche), e di correlarne le proprietà funzionali. 
Le attività di ricerca si svolgono sotto forma di ricerche sperimentali (esperimenti di diffrazione di raggi-X, prevalentemente presso large scale facilities, ed interpretazione dati) e di progettazione e sviluppo di modelli per l’analisi dati di total scattering (pre-processing e data-reduction; Debye Function Analysis) e di implementazione di modelli e tecniche strumentali e computazionali per l’analisi combinata di dati di small- e wide-angle X-ray scattering. 

Questa linea di ricerca si occupa dello studio e della caratterizzazione di sistemi catalitici eterogenei ed omogenei e dello sviluppo e dell’intensificazione di processi industriali. Nello specifico lo studio è incentrato sulla sintesi di nuovi catalizzatori con tecniche convenzionali e non (microemulsioni, micelle inverse, formazione di nanoparticelle di fase attiva sulla superficie del supporto) e la loro caratterizzazione sia dal punto di vista strutturale e delle proprietà chimico fisiche (mediante l’impiego di tecniche spettroscopiche, termiche, e di microscopia elettronica: XAS, FT-IR, Raman, TPR/O ecc.) che da un punto di vista dell’attività catalitica. I campi di applicazione sono quelli della chimica di base e degli intermedi nell’ottica di sostituire processi esistenti con nuovi processi più ecocompatibili o di valorizzare sottoprodotti e materie rinnovabili. Lo studio dei meccanismi di reazione mediante l’impiego di tecniche spettroscopiche e di calcolo è un valido supporto per l’ottimizzazione delle formulazioni dei materiali attivi e per la corretta conduzione delle reazioni. Affiancato all’attività di ricerca chimica di base vengono sviluppati e messi a punto prototipi di reattori in flusso per la conduzione di reazioni in continuo sia allo stato stazionari che in regime transiente.

Questa linea di ricerca si occupa dello studio di molteplici aspetti dei composti di coordinazione: dalla progettazione di nuovi leganti fino alla sintesi e completa caratterizzazione spettroscopica dei complessi risultanti. Infatti leganti opportunamente funzionalizzati sono in grado di influenzare notevolmente le proprietà e la reattività dei corrispondenti composti di coordinazione, che spesso mostrano rilevanti potenzialità in diverse applicazioni (catalisi, luminescenza, materiali). La ricerca si è di recente focalizzata sulla sintesi di nuovi sistemi in grado di operare come catalizzatori in fase omogenea (WKG-0091, Chimica di Coordinazione e Catalisi) per la sintesi di fine chemicals (reazioni di formazione di legami C-C, C-E; funzionalizzazione di legami C-H, C-E) o come materiali ibridi inorganici-organici per la realizzazione di polimeri di coordinazione funzionalizzati. Un’altra importante tematica affrontata riguarda la sintesi di complessi luminescenti (WKG-0092, Materiali luminescenti) dei metalli in configurazione d10 (CuI, AgI, ZnII), con particolare attenzione alla correlazione tra le loro proprietà foto-fisiche (in soluzione, in solido ed in film) in dipendenza delle caratteristiche strutturali ed elettroniche.

Il gruppo si occupa di modellistica chimica computazionale, sia per quanto riguarda la reattività chimica, sia per le proprietà di sistemi in fase condensata. Esempi recenti riguardanti gli aspetti reattivi sono rappresentati dallo studio delle reazioni di Guerbet e di trasferimento di ione idruro catalizzate da ossidi alcalino-terrosi nano-strutturati, oppure dalla catalisi omogenea di trasferimento d’idrogeno mediata da complessi di rutenio. Nell’ambito dei sistemi in fase condensata, indichiamo sia lo studio delle proprietà acido-base di sistemi poli-elettrolitici a base polimerica, sia il calcolo delle proprietà energetiche, strutturali e di adsorbimento di aggregati dell’idrogeno molecolare e dei suoi isotopi. L’interesse per le proprietà elettrolitiche di sistemi polimerici ha recentemente condotto il gruppo a collaborare sia allo sviluppo di materiali con spiccate caratteristiche antimicrobiche ed all’investigazione del loro meccanismo d’azione, sia allo studio delle proprietà chimico-fisiche di assorbimento e rilascio di sostanze farmacologicamente attive da micelle, vescicole e placche preparate con tensioattivi di natura polimerica.

Il gruppo di ricerca si occupa dello sviluppo di metodologie sintetiche innovative e all’avanguardia, con particolare attenzione alla progettazione e caratterizzazione di molecole organiche con potenziale attività biologica e di composti di difficile preparazione, quali sistemi policiclici ed eterociclici di varia natura. La ricerca si distingue anche per l’integrazione di tecnologie emergenti, come l’elettrochimica e la fotochimica, ponendo un forte accento sulla sostenibilità dei processi puntando anche sull'utilizzo di reagenti a basso impatto ambientale e condizioni di reazione mild.

Il gruppo SynthMedChem si occupa principalmente della sintesi di farmaco-coniugati e agrofarmaco-coniugati aventi lo scopo di aumentare la selettività (per quanto riguarda i farmaci antitumorali) e per aumentare la biodisponibilità nella pianta target di agrofarmaci, con conseguente riduzione del dosaggio di applicazione e quindi una maggiore sostenibilità ambientale. Più nel dettaglio, questi coniugati sono formati da un ligando (che può essere una piccola proteina o una piccola molecola) legati alla molecola bioattiva di interesse tramite un linker. Lo studio di nuovi linker scindibili enzimaticamente è un focus centrale del gruppo di ricerca.

La linea di ricerca si occupa di tre argomenti distinti:

1. caratterizzazione delle sorgenti di onde gravitazionali, sia galattiche che extragalattiche, con particolare riferimento alla dinamica di sistemi binari e tripli di buchi neri massivi, in previsione della missione ESA-NASA LISA
2. Fisica del mezzo intergalattico, modelli di reionizzazione ed evoluzione/formazione delle sorgenti ionizzanti (galassie star-forming e AGN)
3. Fisica delle atmosfere primordiali di esopianeti e osservazioni di alta energie (EUV/X-rays) di stelle di tipo M ospitanti sistemi planetari.

Le linee qui elencate si occupano di investigare diversi aspetti della fisica teorica includendo i seguenti argomenti:

• Gravità analoga: riproduzione in laboratorio di effetti quantistici della fisica dei buchi neri, mediante modelli analoghi in mezzi materiali
• Relatività generale: determinazione di limiti universali per il rapporto M/R per stelle di neutroni e di quark mediante tecniche di teoria delle superfici minimali. Studio di effetti relativistici che simulano la presenza di dark matter e teoria delle distribuzioni su spazi curvi
• Cosmologia: costruzione di modelli cosmologici, aspetti classici e quantistici
• Teoria quantistica dei campi: teorie quantistiche dei campi su spazi curvi con particolare attenzione agli spazi di de Sitter e anti de Sitter; sviluppo di nuove tecniche di calcolo per le ampiezze di scattering in teorie supersimmetriche e non
• Supergravità: determinazione di soluzioni esplicite di buco nero in teorie di supergravità gauged accoppiata con la materia
• Teoria delle stringhe: costruzione geometrica delle teorie di superstringhe mediante lo sviluppo della supergeometria di supervarietà non projected
• String field theory: aspetti matematici della teoria di campo di stringa bosonica aperta; mirror symmetry, omologia ciclica, coomologia degli spazi dei loop e supergeometria della closed super string field theory
• Gravità quantistica: formulazione geometrica di una gravità quantistica senza punti
• Teoria dei gruppi di Lie: conseguenze fisiche della concentrazione della misura per gruppi infiniti. Costruzioni di nuove soluzioni istantoniche in teorie di Yang-Mills. Nuove soluzioni skyrmioniche.

Questa linea di ricerca riguarda lo sviluppo di rivelatori nell’ambito della fisica delle particelle, la fisica dello spazio e la fisica medica. Il gruppo ha esperienza pluriennale su sistemi di rivelazione basati su scintillatori, fibre scintillanti, rivelatori al silicio ed elettronica di frontend e di readout per applicazioni in tracking, calorimetria e imaging.
I progetti in corso sono: nuSCOPE dedicato allo sviluppo di calorimetri veloci letti da fotomoltiplicatori al silicio per misurare il rate di positroni in un tunnel di decadimento corto per migliorare l’incertezza sulla misura della sezione d’urto dei neutrini elettronici; e+Boost, progetto PRIN dedicato alla realizzazione di sorgenti di positroni intense tramite cristalli orientati; OREO (DRD Calo), progetto INFN (CERN) dedicato alla realizzazione di un calorimetro compatto di cristalli orientati di PWO; CORAL, progetto INFN per lo sviluppo di radiatori tramite cristalli orientati per la produzione di sorgenti ad alta brillanza.

Il gruppo di Ottica Nonlineare Ultraveloce (Ultrafast Nonlinear Optics - UNO) studia l’interazione luce-materia utilizzando impulsi laser ultracorti, coprendo sia il regime classico sia quello quantistico. Da anni il laboratorio è all’avanguardia nella ricerca sulla microlavorazione laser di materiali trasparenti, grazie a solide collaborazioni con l’industria e a progetti con partner nazionali e internazionali.

Principali aree di competenza:

• Microlavorazione Laser: UNO vanta oltre 15 anni di attività con aziende leader come Altechna Ltd (Vilnius), Workshop of Photonics (Vilnius) e Technoprobe Spa (Italia). Il nostro lavoro è focalizzato sul taglio e la foratura di materiali trasparenti ad alta durezza—come zaffiro, Gorilla Glass, vetro temperato e diamante—per applicazioni tecnologiche nella microfluidica, nella sensoristica e nella microelettronica.
• Controllo Laser di Fenomeni Estremi: Esploriamo il controllo laser-indotto di fenomeni estremi, tra cui la gestione delle scariche elettriche, e sviluppiamo tecniche avanzate di modellazione tridimensionale dei fasci per interazioni luce-materia su misura.

Il gruppo Quantum and Ultrafast Photonics (QuP) conduce ricerca avanzata sulla luce quantistica, con oltre 15 anni di esperienza in ottica quantistica e non lineare. Le attività comprendono la generazione e il controllo di stati quantistici della luce, la spettroscopia ultraveloce e la fotonica integrata.

Quattro i pilastri scientifici:

• Stati quantistici complessi – sviluppo di sorgenti multimodali e multipartite per imaging e microscopia non lineare, con applicazioni in sensing e metrologia.
• Fotonica quantistica integrata – progettazione di circuiti fotonici per produrre e manipolare stati non classici, con l’obiettivo di sistemi scalabili per calcolo e tecnologie quantistiche.
• Ottica quantistica nell’infrarosso – esplorazione dello spettro IR per comunicazioni, sicurezza e controllo qualità, con tecniche di metrologia quantistica ad alta sensibilità.
• Spettroscopia pump–probe ultraveloce – sviluppo di sistemi per misure nel THz e analisi rapida dei materiali, utile in farmaceutica, sicurezza e tutela dei beni culturali.

Questa linea di ricerca riguarda lo studio di fluidi complessi, soluzioni, tipicamente in acqua, di entità macromolecolari (particelle colloidali) di dimensioni nel range 1-1000 nm. Si tratta di sistemi presenti in diversi campi della scienza (fisica, chimica, biologia) che giocano un ruolo fondamentale anche in ambito industriale (colore, cibo, cosmetici e farmaci). In fisica i fluidi complessi sono usati sia come modelli  di sistemi atomici e molecolari tradizionali che come mattoni di nuovi materiali. Le dispersioni di nano particelle, oltre al solvente, contengono tipicamente altre componenti a causa delle quali le particelle colloidali mostrano proprietà molto diverse da quelle attese.

Problemi di natura geometrico-differenziale e topologica su di una varietà Riemanniana, quali ad esempio le stime di altezza per le sottovarietà con curvatura media controllata o la complessità all’infinito in termini di numero e natura delle fini di una varietà Riemanniana, vengono affrontati usando gli strumenti dell’analisi legati specialmente allo studio qualitativo delle soluzioni di disequazioni differenziali alle derivate parziali. La varietà in oggetto può essere dotata di una densità liscia in modo da includere nello studio una classe ampia di spazi di interesse geometrico, quali i solitoni di Ricci e i solitoni del flusso di curvatura media. Un ruolo chiave nella nostra ricerca è giocato dalla teoria del potenziale, spesso intrecciata a proprietà di natura stocastica dello spazio, sia in contesti lineari che non-lineari.

In tempi più recenti, si è aggiunto l’interesse verso l’ambito discreto. L’analisi geometrica su grafi rappresenta una delle nuove frontiere della ricerca sia dal punto di vista teorico, dove alcune tecniche valide nell’ambito continuo smettono di valere, sia in vista degli aspetti applicativi. Infatti, la discretizzazione di problemi continui, che spesso coinvolgono lo studio dello spettro di operatori lineari, è fondamentale se si desidera avvalersi di un calcolatore; d’altro canto la possibilità di usare un concetto di curvatura discreta legata a proprietà analitiche di operatori naturali sullo spazio fornisce uno strumento per lo studio di reti reali complesse, legate a grandi masse di dati, che sono modellizzate attraverso grafi.

Le competenze dei membri del gruppo di Analisi Numerica spaziano dall’algebra lineare numerica, alla modellizzazione matematica, all’approssimazione di equazioni differenziali alle derivate parziali (EDP). Questo connubio è terreno fertile per una ricerca scientifica che abbraccia molti degli argomenti oggetto di studio dello scenario numerico nazionale ed internazionale odierno. Tra gli altri citiamo i seguenti:

• Schemi di discretizzazione (elementi finiti, volumi finiti, etc) per EDP ellittiche, paraboliche ed iperboliche come le equazioni di Eulero;
• Metodi di discretizzazione per equazioni differenziali di ordine frazionario;
• Analisi di matrici strutturate (Toeplitz, rango basso, etc) che derivano da discretizzazioni di problemi integro-differenziali di cui ai due punti precedenti;
• Metodi iterativi per sistemi lineari di grandi dimensioni come i metodi multigrid o i metodi di Krylov precondizionati;
• Regolarizzazione e metodi numerici per problemi inversi come la ricostruzione di immagini sfocate.

L’attività di ricerca del gruppo è indirizzata principalmente allo studio di alcuni aspetti sia applicativi che di fondamento della meccanica quantistica. Tra le tematiche di ricerca del gruppo ci sono:

• il Caos Quantistico in particolare in relazione all’apparente contraddizione tra il carattere deterministico dell’equazione di Schrödinger, l’interpretazione probabilistica della funzione d’onda e il principio di corrispondenza.
• Lo sviluppo di tecniche di analisi numerica per lo studio di misure di probabilità supportate su insiemi frattali.
• La teoria di Krein per lo studio delle estensioni autoaggiunte di operatori simmetrici, e le sue applicazioni allo sviluppo di modelli di interazioni in meccanica quantistica.
• La teoria dello scattering diretto e inverso, metodi di fattorizzazione della matrice di scattering e ricostruzione di ostacoli.
• Lo studio dei grafi quantistici come modelli per sistemi quasi unidimensionali.

Questa linea di ricerca riguarda sia temi di carattere probabilistico, studiando processi stocastici e, in particolare, camminate aleatorie tipo Pearson in R^n e serie aleatorie, quest'ultime con applicazione a processi fisici di rilevamento statistico di fotoni; sia temi di carattere statistico, studiando applicazioni statistiche alla medicina ed alla psicologia, nonché, in ambito più teorico, lo studio di risultati asintotici nell’ambito della statistica spaziale.

I topoi sono stati originariamente introdotti da Alexandre Grothendieck come spazi che supportano invarianti coomologici utili in geometria algebrica (in particolare in relazione alle congetture di Weil), ma molto presto la loro fecondità e il loro prospettico impatto sono diventati evidenti anche in altri campi della matematica. Più precisamente, ci si è resi conto che un topos poteva essere visto non solo come uno “spazio generalizzato” ma anche come una sorta di “universo matematico” o come un oggetto che incarna il “contenuto semantico” di teorie di una forma molto generale. Più recentemente, i topoi hanno iniziato ad essere efficacemente utilizzati come delle sorte di “ponti unificanti” che permettono di collegare tra loro teorie matematiche differenti, generare e studiare dualità ed equivalenze, trasferire idee e risultati da un campo della matematica all’altro e dimostrare nuovi risultati all’interno di una data teoria. Il principale obiettivo del nostro gruppo è di sviluppare ulteriormente questo programma di unificazione, sia a livello teorico che applicato, in particolare in settori come la teoria della dualità, l’algebra, la teoria dei modelli, la geometria algebrica e la teoria della dimostrazione.

Questa linea di ricerca si occupa di esaminare in ambito quantistico concetti fondamentali quali l’informazione, l’entropia, il calore e il lavoro. Il nostro scopo è capire meglio come sia possibile costruire macchine basate sulla meccanica quantistica, cioè macchine in grado di elaborare le informazioni ed eseguire operazioni in accordo con le leggi della meccanica quantistica.      
In particolare, studiamo a livello quantistico i motori termici. Questioni fondamentali sono le seguenti. Come definiamo i concetti di calore e lavoro in meccanica quantistica? C'è un limite fondamentale alla dimensione delle macchine termiche? Esiste una complementarità tra dimensioni, efficienza, potenza e fluttuazioni? Allo stesso tempo, obiettivi più pratici includono l'uso di idee suggerite dal trasporto quantistico e dalla termodinamica quantistica per la costruzione di rettificatori termici o dispositivi termoelettrici più efficienti.