Questa linea di ricerca riguarda la gestione sostenibile delle derivazioni idriche ad uso idroelettrico ed irriguo, sia in contesto alpino che in pianura, con approccio multi-disciplinare: indagine sperimentale e numerica di habitat fluviali per deflussi a basse portate.

Questa linea di ricerca riguarda la gestione sostenibile dei sedimenti in bacini alpini sfruttati per produzione idroelettrica con approccio multi-disciplinare: indagine sperimentale e numerica del trasporto solido in operazioni di rimozione di sedimenti per fluitazione da serbatoi e relativo impatto ambientale delle operazioni.

Questa linea di ricerca si occupa dello studio degli impatti del Cambiamento Climatico recente e passato sugli ecosistemi con un approccio multidisciplinare ed inter-dipartimentale. Gli impatti del cambiamento climatico vengono analizzati e quantificati in relazione ad alcuni componenti fondamentali degli ecosistemi terrestri, in particolare la vegetazione, la criosfera (ghiacciai e permafrost), il suolo. La valutazione viene effettuata a diversi livelli di organizzazione ecologica (dalla specie, alla comunità, al paesaggio) e con diversi indicatori tra i quali la biodiversità vegetale, il debito di estinzione, i cicli fenologici e le loro alterazioni, i flussi di gas serra con particolare attenzione ai flussi di CO2, le dinamiche vegetazionali ricostruite attraverso l’elaborazione di cartografie vegetazionali e/o analisi dendrocronologiche. Inoltre vengono analizzati e valutati gli impatti del cambiamento di uso del suolo indotti dall’Uomo e le loro interazioni con gli impatti del cambiamento climatico nel regolare la biodiversità e la dinamica dei sistemi vegetazione-suolo. Oltre agli impatti diretti sugli ecosistemi, vengono valutati anche impatti indiretti come ad esempio l’attivazione di fenomeni di instabilità superficiale e le loro conseguenze ambientali. Per la modellazione dei potenziali impatti del cambiamento climatico del futuro sono in corso, sia sulle Alpi Italiane che in Antartide, esperimenti di manipolazione che simulano particolari scenari di cambiamento climatico monitorando gli impatti sugli ecosistemi.           
Le attività di ricerca includono anche l’analisi del paleoclima, con l’individuazione di eventi di cambiamento climatico del passato (ad esempio della Piccola Età Glaciale in Antartide), anche con riferimento alle relazioni tra cambiamenti climatici globali del passato e l’evoluzione vegetale, con un approccio filogenetico e filogeografico.  Le attività di ricerca si svolgono prevalentemente in ambito alpino (aree di alta quota) e polare, sia in Antartide che in Artico.

Il gruppo si occupa di diverse linee di ricerca, tra le quali: l’intensificazione di processo (intesa come drastica riduzione delle dimensioni di un impianto di produzione contestuale al minor impiego di solventi ed alla realizzazione di una maggiore efficienza energetica), la sicurezza negli impianti dell’industria di processo, la caratterizzazione della violenza delle esplosioni di polveri organiche e metalliche, la definizione di nuove procedure tecniche per effettuare la valutazione del rischio negli impianti dell’industria di processo. L’approccio seguito prevede l’utilizzo sia di modellazione matematica (al fine di simulare il comportamento dinamico di apparecchiature di processo, descrivere l’evoluzione temporale dei fenomeni di esplosione termica, ecc..) sia di tecniche sperimentali (calorimetria di reazione e test di esplosività/ infiammabilità di gas e polveri).

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 si occupa di: progettazione hardware, software e automazione di strumentazioni analitiche; sviluppo di nuovi metodi analitici per la determinazione e speciazione di elementi in traccia; sviluppo di metodi spettrofotometrici per l’analisi diretta di campioni liquidi e solidi complessi; ottimizzazione di metodiche analitiche con ICP-MS con sorgente ad ablazione laser (LA) per l’analisi diretta di campioni solidi con risoluzione spaziale; sviluppo di nuove tecniche per la preparazione e lo studio di materiali nanostrutturati innovativi per la catalisi e la fotocatalisi per l’abbattimento di inquinanti e la produzione di idrogeno;p rogettazione sperimentale, ottimizzazione di processo e trattamento dati con tecniche statistiche classiche e multivariate; analisi di materiali per lo studio e definizione di processi idrochimici e geochimici.

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. È noto infatti che 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). Un fine-tuning degli effetti sterici ed elettronici dei leganti permette quindi di sintetizzare composti di coordinazione che presentano una stretta correlazione tra proprietà fisiche, reattività e caratteristiche strutturali. Proprio lo studio di relazioni struttura-proprietà è alla base della Ricerca condotta nel gruppo, di recente focalizzata sulla sintesi di nuovi sistemi in grado di operare come catalizzatori in fase omogenea 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 dei metalli in configurazione d¹⁰ (Cu^I, Ag^I, Zn^II), 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 opera nel campo della modulazione di interazioni proteina-proteina.

Le interazioni non covalenti permettono il trasferimento dell’informazione chimica sia nei processi biologici che in quelli della catalisi omogenea. L’utilizzo di piccole molecole a carattere peptidico o peptidomimetico dotate di proprietà stereochimiche e conformazionali ben definite, rappresenta da alcuni anni una metodologia di modulazione dell’interazione proteina-proteina sulla membrana cellulare, attivando od inibendo le funzioni cellulari. In aggiunta, più recentemente l’utilizzo di ligandi selettivi delle proteine della matrice cellulare ha permesso il trasporto selettivo di farmaci (small molecule-drug conjugates) per lo sviluppo di terapie mirate. Il gruppo di ricerca ha sviluppato ligandi integrinici ciclici contenenti le sequenze tripeptidiche Arg-Gly-Asp e iso-Asp-Gly-Arg e scaffold dichetopiperazinici bifunzionali in grado di orientare le sequenze per ottenere binding integrinici molto efficienti (nanomolari). Questi ligandi mostrano un’attività inibitrice delle funzioni integriniche molto efficiente e la capacità di trasportare selettivamente farmaci citotossici su cellule tumorali ad alta espressione integrinica.  Sempre nel campo della modulazione di interazioni proteina-proteina, il gruppo di ricerca ha recentemente iniziato lo studio di inibitori peptidici, disegnati tramite tecniche di structure-based drug design, della proteina YeaZ contenuta nel batterio patogeno P. aeruginosa.

In modo del tutto analogo, l’utilizzo di leganti chirali intorno a centri metallici attivi cataliticamente, permette il trasferimento dell’informazione stereochimica nella reazione catalitica e porta alla formazione di prodotti enantiomericamente arricchiti. In tale ambito il gruppo di ricerca ha sviluppato diversi approcci innovativi che spaziano dalla formazione di leganti chirali supramolecolari all’utilizzo di miscele di leganti in grado di assemblarsi selettivamente intorno al centro metallico. Gli sviluppi più recenti mirano alla formazione di complessi chirali di ferro e altri metalli non nobili, che presentano costi più contenuti e profili di tossicità molto limitati.

Questa linea di ricerca si occupa dello sviluppo di nuovi sistemi eterociclici allo scopo di progettare composti di interesse applicativo, in particolare nel campo della catalisi o dei materiali elettroattivi. Molti dei sistemi investigati si basano su strutture atropisomeriche bieterocicliche che sono state utilizzate con successo sia nel campo della catalisi organica e organometallica sia nel campo dei materiali per ottenere, a seguito di un’ossidazione chimica o elettrochimica, oligomeri inerentemente chirali. Questi ultimi sono stati utilizzati per preparare elettrodi chirali in grado di discriminare gli enantiomeri di analiti  di natura differente.

La linea di ricerca si occupa della sintesi organica di nuove molecole che possano avere attività e impiego come nuovi materiali. Le tipologie di sintesi impiegate spaziano in un ambito estremamente ampio rivolto alla preparazione di derivati eterociclici, prevalentemente a scheletro indolico, ma non solo. Oltre a condizioni classiche le reazioni vengono condotte anche attraverso metodiche non convenzionali con l’ausilio di microonde, ultrasuoni, ball-milling. Sono inoltre in corso studi rivolti alla sintesi totale di composti naturali e sostanze biologicamente attive. Le linee perseguite sono le seguenti: sintesi di derivati eterociclici a scheletro indolico con potenziale attività biologica;  sintesi e preparazione di monomeri a scheletro bisindolico inerentemente chirali; preparazione di derivati dichetonici e di loro complessi chetoenolici con metalli; sintesi di derivati macrociclici (porfirinici e porfirazinici).

To.Sca.Lab (Total Scattering Laboratory, un progetto congiunto tra Uni-Insubria e CNR) fonde expertise teorica e sperimentale in Chimica, Cristallografia e Fisica, all’interno di un progetto unificante basato su Tecniche di scattering (da raggi X a luce visibile) per applicazioni nell’ambito delle Nanoscienze e Nanotecnologie. L’attività scientifica è focalizzata sulla ricostruzione del comportamento strutturale, microstrutturale e dinamico di materiali nanostrutturati, parzialmente ordinati o diversamente disordinati, a scale di lunghezza differenti (a partire dalla risoluzione atomica fino a dimensioni micrometriche), e di correlarne le proprietà funzionali. Tra gli scopi precipui di questo progetto rientrano la promozione di attività di ricerca scientifica e di divulgazione, nonché di trasferimento tecnologico. Le attività di ricerca si svolgono essenzialmente negli spazi destinati al To.Sca.Lab, sotto forma di ricerche sperimentali (misure di diffrazione ed interpretazione dati), di progettazione e sviluppo di modelli e software per l’analisi dati di scattering di raggi X (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.  Parte dell’attività di ricerca è realizzata in collaborazione con il Paul Scherrer Institut, sede della Material Science Beamline del Sincrotrone svizzero, sia sul versante sperimentale che quello teorico.

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 il campo delle nano particelle e dei fluidi complessi, con particolare attenzione allo sviluppo di nuovi metodi ottici per il light scattering statico e dinamico, nuove tecniche di imaging, ghost imaging, metrologia tramite speckle, misura della velocità in fluidi, misura della dimensione delle particelle.

Questa linea di ricerca riguarda l’entanglement quantistico, una risorsa fondamentale per tecnologie quali la comunicazione, l’informazione e la metrologia.
Il gruppo si occupa in particolare dello studio e della realizzazione di stati di luce “entangled e squeezed” in spazi di Hilbert multi-dimensionali, un campo nato agli inizi degli anni ‘90 quando la comunità dell’ottica quantistica ha iniziato a investigare la correlazione spaziale delle fluttuazioni quantistiche della luce e il loro potenziale nell’ambito del quantum imaging. Negli anni successivi, lo studio si è concentrato sulla possibilità di utilizzare la natura multimodale per incrementare la quantità di informazione in un canale quantistico e la sua sicurezza fino ad arrivare al disegno di nuovi protocolli.

Il gruppo responsabile di questa ricerca è stato uno dei pioneri in Europa e attualmente sta lavorando sui fotoni gemelli generati dal processo di conversione parametrica che avviene in mezzi che esibiscono una riposta ottica del second’ordine; fotoni di questo tipo sono naturalmente entangled in diversi gradi di libertà (polarizzazione, tempo-energia, posizione-momento) e sono studiati sia nel regime spontaneo che in quello stimolato. Lo scopo è quello di realizzare nuovi stati della luce; le attività si svolgono in collaborazione con l’Ultra-fast Nonlinear Optics group.

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.