Simulazioni Geant4 di muografie vulcaniche con telescopi Cherenkov

Negli ultimi anni sono stati fatti grandi passi in avanti nel campo della muografia vulcanica. Questa tecnica sfrutta l'elevato potere penetrante dei muoni prodotti dall'interazione dei raggi cosmici primari con l'atmosfera terrestre per ricavare informazioni sulla struttura interna degli edifici vulcanici. La muografia permette di monitorare variazioni di densità utili a determinare lo stato di attività di un vulcano e ridurre il rischio associato. La principale difficoltà nell'applicazione della tecnica è data dal rumore di fondo di cui soffrono i rivelatori comunemente utilizzati. Per migliorare il rapporto segnale-rumore sono necessarie diverse lastre schermanti di piombo e ferro che rendono il rivelatore costoso e difficile da trasportare. Per far fronte a questi problemi, recentemente è stato proposto l'utilizzo di telescopi Cherenkov dedicati alla muografia. Questi non soffrono del rumore di fondo degli altri rivelatori e possono essere progettati con una struttura di supporto leggera e facilmente trasportabile. Questo lavoro di tesi si propone come uno studio preliminare di fattibilità necessario per lo sviluppo dell'ottica e dell'elettronica di un telescopio Cherenkov per la muografia vulcanica. A tal fine, ho sviluppato un software di simulazione basato su Geant4, un framework dedicato all'interazione delle particelle con la materia, che simula il passaggio dei muoni atmosferici attraverso un modello di edificio vulcanico e lo strato di atmosfera che lo separa dal telescopio, e la produzione di fotoni Cherenkov. Per studiare la rivelazione di questi, ho utilizzato il simulatore del prototipo di telescopio Cherenkov di piccola dimensione ASTRI SST-2M progettato per CTA e ho implementato un metodo per ricostruire la direzione dei muoni a partire dalle immagini ottenute con il simulatore. Il modello vulcanico utilizzato si basa sulle caratteristiche del Cratere Sud-Est del Monte Etna, il quale è visibile dal sito di installazione di ASTRI

Identification of subclinical lung involvement in ACPA-positive subjects through functional assessment and serum biomarkers

Lung involvement is related to the natural history of anti-citrullinated proteins antibodies (ACPA)-positive rheumatoid arthritis (RA), both during the pathogenesis of the disease and as a site of disease-related injury. Increasing evidence suggests that there is a subclinical, early lung involvement during the course of the disease, even before the onset of articular manifestations, which can potentially progress to a symptomatic interstitial lung disease. To date, reliable, noninvasive markers of subclinical lung involvement are still lacking in clinical practice. The aim of this study is to evaluate the diagnostic potential of functional assessment and serum biomarkers in the identification of subclinical lung involvement in ACPA-positive subjects. Fifty ACPA-positive subjects with or without confirmed diagnosis of RA (2010 ARC-EULAR criteria) were consecutively enrolled. Each subject underwent clinical evaluation, pulmonary function testing (PFT) with assessment of diffusion lung capacity for carbon monoxide (DLCO), cardiopulmonary exercise testing (CPET), surfactant protein D (SPD) serum levels dosage and high-resolution computed tomography (HRCT) of the chest. The cohort was composed of 21 ACPA-positive subjects without arthritis (ND), 10 early (disease duration < 6 months, treatment-naïve) RA (ERA) and 17 longstanding (disease duration < 36 months, on treatment) RA (LSRA). LSRA patients had a significantly higher frequency of overall HRCT abnormalities compared to the other groups (p = 0.001). SPD serum levels were significantly higher in ACPA-positive subjects compared with healthy controls (158.5 ± 132.3 ng/mL vs 61.27 ± 34.11 ng/mL; p < 0.0001) and showed an increasing trend from ND subjects to LSRD patients (p = 0.004). Patients with HRCT abnormalities showed significantly lower values of DLCO (74.19 ± 13.2% pred. vs 131.7 ± 93% pred.; p = 0.009), evidence of ventilatory inefficiency at CPET and significantly higher SPD serum levels compared with subjects with no HRCT abnormalities (213.5 ± 157.2 ng/mL vs 117.7 ± 157.3 ng/mL; p = 0.018). Abnormal CPET responses and higher SPD levels were also associated with specific radiological findings. Impaired DLCO and increased SPD serum levels were independently associated with the presence of HRCT abnormalities. Subclinical lung abnormalities occur early in RA-associated autoimmunity. The presence of subclinical HRCT abnormalities is associated with several functional abnormalities and increased SPD serum levels of SPD. Functional evaluation through PFT and CPET, together with SPD assessment, may have a diagnostic potential in ACPA-positive subjects, contributing to the dentification of those patients to be referred to HRCT scan

Individual and combined effects of chemical and mechanical power on postoperative pulmonary complications: a secondary analysis of the REPEAT study

Introduction: Intra-operative supplemental oxygen and mechanical ventilation expose the lungs to potentially injurious energy. This can be quantified as 'chemical power' and 'mechanical power', respectively. In this study, we sought to determine if intra-operative chemical and mechanical power, individually and/or in combination, are associated with postoperative pulmonary complications. Methods: Using an individual patient data analysis of three randomised clinical trials of intra-operative ventilation, we summarised intra-operative chemical and mechanical power using time-weighted averages. We evaluated the association between intra-operative chemical and mechanical power and a collapsed composite of postoperative pulmonary complications using multivariable logistic regression to estimate the odds ratios related to the effect of 1 J.min-1 increase in chemical or mechanical power with adjustment for demographic and intra-operative characteristics. We also included an interaction term to assess for potential synergistic effects of chemical and mechanical power on postoperative pulmonary complications. Results: Of 3837 patients recruited to three individual trials, 2492 with full datasets were included in the analysis. Intra-operative time-weighted average (SD) chemical power was 10.2 (3.9) J.min-1 and mechanical power was 10.5 (4.4) J.min-1. An increase of 1 J.min-1 in chemical power was associated with 8% higher odds of postoperative pulmonary complications (OR 1.08, 95%CI 1.05-1.10, p < 0.001), while the same increase in mechanical power raised odds by 5% (OR 1.05, 95%CI 1.02-1.08, p = 0.003). We did not find evidence of a significant interaction between chemical and mechanical power (p = 0.40), suggestive of an additive rather than synergistic effect on postoperative pulmonary complications. Discussion: Both chemical and mechanical power are independently associated with postoperative pulmonary complications. Further work is required to determine causality

The Software Architecture and development approach for the ASTRI Mini-Array gamma-ray air-Cherenkov experiment at the Observatorio del Teide

The ASTRI Mini-Array is an international collaboration led by the Italian National Institute for Astrophysics (INAF) and devoted to the imaging of atmospheric Cherenkov light for very-high gamma-ray astronomy. The project is deploying an array of 9 telescopes sensitive above 1 TeV. In this contribution, we present the architecture of the software that covers the entire life cycle of the observatory, from scheduling to remote operations and data dissemination. The high-speed networking connection available between the observatory site, at the Canary Islands, and the Data Center in Rome allows for ready data availability for stereo triggering and data processing

The ASTRI Mini-Array of Cherenkov telescopes at the Observatorio del Teide

The ASTRI Mini-Array (MA) is an INAF project to build and operate a facility to study astronomical sources emitting at very high-energy in the TeV spectral band. The ASTRI MA consists of a group of nine innovative Imaging Atmospheric Cherenkov telescopes. The telescopes will be installed at the Teide Astronomical Observatory of the Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) in Tenerife (Canary Islands, Spain) on the basis of a host agreement with INAF. Thanks to its expected overall performance, better than those of current Cherenkov telescopes' arrays for energies above ∼5 TeV and up to 100 TeV and beyond, the ASTRI MA will represent an important instrument to perform deep observations of the galactic and extragalactic sky at these energies...

Equazioni di stato della materia in astrofisica

Una stella non è un sistema in "vero" equilibrio termodinamico: perde costantemente energia, non ha una composizione chimica costante nel tempo e non ha nemmeno una temperatura uniforme. Ma, in realtà, i processi atomici e sub-atomici avvengono in tempi così brevi, rispetto ai tempi caratteristici dell'evoluzione stellare, da potersi considerare sempre in equilibrio. Le reazioni termonucleari, invece, avvengono su tempi scala molto lunghi, confrontabili persino con i tempi di evoluzione stellare. Inoltre il gradiente di temperatura è dell'ordine di 1e-4 K/cm e il libero cammino medio di un fotone è circa di 1 cm, il che ci permette di assumere che ogni strato della stella sia uno strato adiabatico a temperatura uniforme. Di conseguenza lo stato della materia negli interni stellari è in una condizione di ``quasi'' equilibrio termodinamico, cosa che ci permette di descrivere la materia attraverso le leggi della Meccanica Statistica. In particolare lo stato dei fotoni è descritto dalla Statistica di Bose-Einstein, la quale conduce alla Legge di Planck; lo stato del gas di ioni ed elettroni non degeneri è descritto dalla Statistica di Maxwell-Boltzmann; e, nel caso di degenerazione, lo stato degli elettroni è descritto dalla Statistica di Fermi-Dirac. Nella forma più generale, l'equazione di stato dipende dalla somma dei contributi appena citati (radiazione, gas e degenerazione). Vedremo prima questi contributi singolarmente, e dopo li confronteremo tra loro, ottenendo delle relazioni che permettono di determinare quale legge descrive lo stato fisico di un plasma stellare, semplicemente conoscendone temperatura e densità. Rappresentando queste condizioni su un piano \log \rho \-- \log T possiamo descrivere lo stato del nucleo stellare come un punto, e vedere in che stato è la materia al suo interno, a seconda della zona del piano in cui ricade. È anche possibile seguire tutta l'evoluzione della stella tracciando una linea che mostra come cambia lo stato della materia nucleare nelle diverse fasi evolutive. Infine vedremo come leggi quantistiche che operano su scala atomica e sub-atomica siano in grado di influenzare l'evoluzione di sistemi enormi come quelli stellari: infatti la degenerazione elettronica conduce ad una massa limite per oggetti completamente degeneri (in particolare per le nane bianche) detta Massa di Chandrasekhar