Fisica

Dott.ssa Virginia Strati

Per la presentazione della tesi di ricerca dal titolo:
Thesis: Advanced modeling for studying antineutrinos and gamma rays coming from the Earth

Motivazioni
Nella tesi di dottorato vengono trattate le sfide scientifiche che nascono quando tre differenti, ma non distanti, discipline fondamentali sono chiamate ad interagire, ovvero le Scienze della Terra, la Statistica e la Fisica delle Particelle. La loro interconnessione rivela grandi potenzialità per l’avanzamento delle frontiere della conoscenza e rappresenta uno dei principali punti di forza della Tesi. I risultati ottenuti e discussi in termini di modellazione cartografica e numerica a differenti scale sono stati ampiamente apprezzati dalla comunità scientifica internazionale. I problemi affrontati e le soluzioni proposte sono state infatti presentate durante differenti congressi e workshops internazionali ai quali la candidata è stata invitata a partecipare.
Presi nell’insieme questi aspetti innovativi nel settore della Fisica rappresentano il merito per assegnare il Riconoscimento Copernico 2016 alla Dr.ssa Virginia Sarti.

Abstract
In questa tesi sono presentate le sfide scientifiche e i risultati dell’attività ricerca svolta durante il corso di dottorato a supporto della modellazione avanzata per l’analisi spaziale di dati di spettroscopia gamma e per la stima dei segnali di geoneutrini. Questi due argomenti, apparentemente distanti, sono in realtà strettamente connessi: in entrambi i casa la radioattività naturale rappresenta uno strumento per lo studio delle proprietà della superficie e dell’interno della Terra. I contenuti di questa tesi sono inclusi in 6 studi pubblicati, la cui realizzazione ha visto il coinvolgimento di circa 30 coautori, tra geologi e fisici, provenienti da diverse istituzioni di ricerca di rilevanza internazionale. In ogni capitolo uno specifico caso di studio è presentato e trattato da un particolare punto di vista in modo da mettere in luce il mio contributo.
Lo studio degli elementi radiogenici e le previsioni sulla loro distribuzione sono elementi chiave per la comprensione dei processi geologici locali che interessano la crosta così come per lo studio della radioattività ambientale. La mappa della radioattività naturale terrestre della regione Veneto è stata ottenuta sulla base di un dataset integrato di spettroscopia gamma costituito da misure in laboratorio su campioni di roccia e misure airborne. In particolare ho integrato questi due differenti tipi di dati in un unico prodotto cartografico, usando algoritmi geostatistici adatti alle caratteristiche geologiche e morfologiche pecualiari delle aree investigate. La mappa di distribuzione dell’uranio nel Nord-Est della Sardegna è stata ottenuta sulla base di un dettagliato studio radiometrico realizzato con due differenti tecniche di spettroscopia gamma, caratterizzati da differenti errori di misura. Affrontando questa sfida, ho applicato un particolare metodo geostatistico che ha permesso di analizzare le incertezze di input e di output. Nel caso del rilievo gamma airborne dell’isola d’Elba, è stata usata un’interpolazione spaziale multivariata per ottenere le mappe radiometriche adottando la carta geologica come informazione a priori. In quest’ambito ho trattato gli aspetti complessi della correlazione di dati quantitativi (misure gamma) con le informazioni qualitative geologiche.
La forte correlazione tra informazioni geologiche e contenuto di radioattività è stata enfatizzata nell’indagine approfondita condotta in una delle regioni più produttive di petrolio in Albania (Vlora-Elbasan) per la valutazione dei NORM (Naturally Occurring Radioactive Materials). La caratterizzazione litologica delle aree petrolifere risulterà di importanza strategica per la pianificazione di future valutazioni radiologiche della
regione.
La combinazione dei risultati sperimentali dei segnali di geoneutrini da esperimenti in corso e futuri, può porre vincoli stringenti sul segnale atteso dal mantello e di conseguenza sulla sua composizione. In questa prospettiva una profonda conoscenza della crosta continentale, ed in particolare della regione immediatamente vicina al detector, è imprescindibile. In questo contesto, un dettagliato modello 3D
derivante da informazioni geologiche, geofisiche e geochimiche è stato realizzato per stimare il flusso dei geoneutrini atteso al detector SNO+ (Canada). Inoltre ho partecipato allo studio che ha portato alla prima
stima del segnale dei geoneutrini atteso a JUNO, un rivelatore a scintillatore liquido attualmente in costruzione in Cina, insieme alla stima del segnale atteso degli antineutrini da reattore. In quest’ambito ho
prodotto gli spettri dei geoneutrini e le relative incertezze fornendo un risultato che sarà un punto di riferimento e una guida per gli studi futuri.
Questi studi riflettono l’interazione di tre discipline scientifiche fondamentali: la Fisica delle particelle, le Scienze della Terra e la Statistica. La loro interconnessione rivela un grande potenziale per il superamento delle frontiere della conoscenza. Ho trattato in prima persona i problemi specifici che nascono necessariamente quando differenti, ma non distanti, campi scientifici sono chiamati ad interagire.