Viviana Fafone

Professore Ordinario
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ll mio interesse scientifico primario è lo studio delle sorgenti cosmiche di onde gravitazionali e la realizzazione di strumenti atti ad osservarle.

Durante la mia attività mi sono occupata di migliorare le prestazioni dei rivelatori risonanti criogenici e di quelli interferometrici e di studiarne gli sviluppi futuri. Mi sono interessata anche di studi più teorici di gravitazione (teorie alternative alla relatività generale).

Più recentemente ho dedicato parte della mia attività alla misura diretta dello stato di polarizzazione del fondo cosmico di microonde (CMB), dovuto alle onde gravitazionali primordiali emesse nel processo inflazionario.

Ho svolto la mia attività scientifica presso i seguenti istituti di ricerca:

  • Laboratori Nazionali di Frascati (Frascati, Italia);
  • CERN (Ginevra, Svizzera);
  • California Institute of Technology (Pasadena, USA);
  • European Gravitational Observatory (Pisa, Italia);
  • Leiden University (Leida, Olanda);
  • Adelaide University (Adelaide, Australia).

Sono stata co-I o PI di numerosi progetti di ricerca nazionali e internazionali.

Sono autore e co-autore di oltre 320 articoli scientifici (H-index 95 Scopus) e di 3 libri su tematiche legate alla fisica della gravitazione e alle onde gravitazionali.

Parallelamente all’attività di insegnamento e ricerca, mi occupo di divulgazione scientifica. Ho partecipato a programmi radiofonici e televisivi, e ho collaborato con il mensile Le Scienze, con l'Enciclopedia Treccani e con la rivista di divulgazione scientifica dell'INFN "Asimmetrie". Ho tenuto inoltre molte conferenze pubbliche per diverse organizzazioni e istituzioni prestigiose, tra cui il Festival della Scienza di Genova, il Festival delle Scienze di Roma, TEDx Roma e Matera, e ho partecipato a numerosi spettacoli teatrali su temi legati alla ricerca in fisica fondamentale e in astrofisica.

Ho ricoperto vari ruoli istituzionali nell'Università e in enti di ricerca.

Breve panoramica sull'attività di ricerca

La mia ricerca può essere in sintesi suddivisa in quattro settori principali:

Rivelazione di onde gravitazionali: attività sui rivelatori risonanti criogenici EXPLORER (CERN), NAUTILUS (Lab. Naz. di Frascati dell’INFN) e MiniGrail (Kamerling Onnes Laboratorium, Olanda) e sui rivelatori interferometrici Virgo (European Gravitational Observatory, Cascina) e Einstein Telescope (ET). La sensibilità raggiunta oggi da Virgo è dell'ordine di 60 Mpc (distanza media a cui è possibile osservare la coalescenza di un sistema binario di stelle di neutroni) e ha consentito di rivelare diversi segnali gravitazionali extragalattici, dando così inizio all'astronomia multimessaggera con onde gravitazionali. Mi sono occupata di diverse attività di Ricerca & Sviluppo nei campi dell’elettronica superconduttrice, sistemi ottici adattivi, ottica quantistica, rumore termico e algoritmi di filtraggio dati. Sono stata responsabile per più di dieci anni del sistema di ottica adattica di Virgo e coordino dal 2021 gli studi per gli upgrade del rivelatore che dovranno garantirne la competitività a livello mondiale nel decennio 2030-2040, fino all'entrata in misura di ET. nell'ambito di quest'ultimo seguo gli sviluppi del sistema di ottica adattiva che dovrà consentire di raggiungere una potenza circolante nelle cavità dell'interferometro pari a 3 MW (30 volte maggiore di quella in Virgo nel run osservativo O4 attualmente in corso).

Cosmologia: contributo al Large Scale Polarization Explorer (LSPE). L’esperimento combina osservazioni da pallone stratosferico (strumento SWIPE) e da terra (strumento STRIP, Osservatorio del Teide, Isole Canarie) per la misura dello stato di polarizzazione del fondo cosmico a microonde. L’anisotropia della polarizzazione è causata da perturbazioni scalari e tensoriali nella metrica dell’universo primordiale, quindi da fluttuazioni di densità ed onde gravitazionali prodotte durante il processo inflazionario.

Fisica delle Astroparticelle: studio dell’interazione di raggi cosmici con rivelatori risonanti di onde gravitazionali. L’attività ha riguardato i segnali di raggi cosmici rivelati da NAUTILUS (EXPLORER) in coincidenza con il sistema di tubi a streamer (scintillatori plastici) ed è proseguita con l’esperimento RAP (Rivelazione Acustica di Particelle, presso i LNF), per la verifica del modello termoacustico dell’interazione di particelle cariche con oscillatori meccanici a temperatura ambiente e a basse temperature in regime superconduttivo.

Astrofisica multimessaggera: mi sono interessata di metodi per ottimizzare l'osservazione congiunta di onde gravitazionali e neutrini di bassa energia emessi da collassi di supernovae e, più recentemente, dell'osservazione congiunta di onde gravitazionali e GRB

Di seguito una sintesi delle pubblicazioni. Per l'elenco completo si veda ad esempio ADS

 

Lavori selezionati

  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration (A.G. Abac et al.), “Observation of Gravitational Waves from the Coalescence of a 2.5–4.5 M ⊙ Compact Object and a Neutron Star", ApJL 970, 2, L34 (2024), DOI: 10.3847/2041-8213/ad5beb
  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration (R. Abbott et al.), “Search for Gravitational-lensing Signatures in the Full Third Observing Run of the LIGO–Virgo Network", ApJ 970, 2, 191 (2024), DOI: 10.3847/1538-4357/ad3e83
  • L. Aiello, P.P. Palma, M. Lorenzini, E. Cesarini, M. Cifaldi, C. Di Fronzo, D. Lumaca, Y. Minenkov, I. Nardecchia, A. Rocchi, C. Taranto, V. Fafone, "Thermal defocus-free Hartmann Wavefront Sensors for monitoring aberrations in Advanced Virgo", CQG 41, 12, 125001 (2024), DOI: 10.1088/1361-6382/ad4508
  • A.W. Goodwin-Jones, R. Cabrita, M. Korobko, M. Van Beuzekom, D.D. Brown, V. Fafone, J. Van Heijningen, A.  Rocchi, M.G. Schiworski, M. Tacca, "Transverse mode control in quantum enhanced interferometers: a review and recommendations for a new generation", Optica 11, 2 (2024), DOI: 10.1364/OPTICA.511924
  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration (R. Abbott et al.), “Constraints on the Cosmic Expansion History from GWTC–3", ApJ 949, 2, 76 (2023), DOI: 10.3847/1538-4357/ac74bb
  • I. Nardecchia, Y. Minenkov, M. Lorenzini, L. Aiello, E. Cesarini, D. Lumaca, V. Malvezzi, F. Paoletti, A. Rocchi, V. Fafone, "Optimized radius of curvature tuning for the virgo core optics", CQG 40, 5, 055004 (2023), DOI: 10.1088/1361-6382/acb632
  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration (R. Abbott et al.), “Population of Merging Compact Binaries Inferred Using Gravitational Waves through GWTC-3", Phys. Rev. X 13, 1, 011048 (2023), DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011048
  • LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration and KAGRA Collaboration (R. Abbott et al.), “GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo during the Second Part of the Third Observing Run”, Phys. Rev. X 13, 041039 (2023), DOI: 10.1103/PhysRevX.13.041039
  • KAGRA Collaboration, LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration (B. P. Abbott et al.) “Prospects for observing and localizing gravitational-wave transients with Advanced LIGO, Advanced Virgo and KAGRA”, Living Rev. Relativ. 23 (2020), DOI: 10.1007/s41114-020-00026-9
  • Virgo Collaboration (F. Acernese et al.) “Increasing the Astrophysical Reach of the Advanced Virgo Detector via the Application of Squeezed Vacuum States of Light”, Rev. Lett. 123, 231108 (2019), DOI: 10.1103/PhysRevLett.123. 231108
  • LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration (B. P. Abbott et al.) “GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral”, Rev. Lett. 119, 161101 (2017), DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.161101
  • LIGO Sci Collaboration, Virgo Collaboration, 1M2H Collaboration, Dark Energy Camera GW-EM, DES Collaboration, DLT40 Collaboration, Las Cumbres Observ Collaboration, VINROUGE Collaboration, MASTER Collaboration (B.P. Abbott et al.) “A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant”, Nature 551 (2017), DOI: 10.1038/nature24471
  • LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration (B. P. Abbott et al.) “Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger”, Rev. Lett. 116, 061102 (2016), DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.061102
  • Virgo Collaboration (F. Acernese et al.) “Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector”, Quantum Grav. 32, 024001 (2015), DOI:10.1088/0264-9381/32/2/024001
  • Punturo et al. “The Einstein Telescope: A third-generation gravitational wave observatory”, Class. Quantum Grav. 27:194002 (2010), DOI:10.1088/0264-9381/27/19/194002
  • Astone, M. Bassan, P. Bonifazi, P. Carelli, E. Coccia, C. Cosmelli, V. Fafone, S. Frasca, A. Marini, G. Mazzitelli, Y. Minenkov, I. Modena, G. Modestino, A. Moleti, G.V. Pallottino, M.A. Papa, G. Pizzella, P. Rapagnani, F. Ricci, F. Ronga, R. Terenzi, M. Visco, L. Votano “The gravitational wave detector NAUTILUS operating at 0.1 K”, Astropart. Phys. 7, 231-243 (1997), DOI: 10.1016/S0927-6505(97)00023-6
  • Astone, M. Bassan, P. Bonifazi, P. Carelli, M.G. Castellano, G. Cavallari, E. Coccia, C. Cosmelli, V. Fafone, S. Frasca, E. Majorana, I. Modena, G.V. Pallottino, G. Pizzella, P. Rapagnani, F. Ricci, M. Visco “Long-term operation of the Rome "Explorer" cryogenic gravitational wave detector”, Phys. Rev. D 47, 362-375 (1993), DOI: 10.1103/PhysRevD.47.362
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Insegnamenti presso il Dipartimento di Fisica
ID Nome del Corso Semestre Durata CFU
Gravitational Waves Primo 14 Settimane 6
Meccanica e Termodinamica Secondo 14 Settimane 14