Search for eccentric black hole coalescences during the third observing run of LIGO and Virgo

Despite the growing number of confident binary black hole coalescences observed through gravitational waves so far, the astrophysical origin of these binaries remains uncertain. Orbital eccentricity is one of the clearest tracers of binary formation channels. Identifying binary eccentricity, however, remains challenging due to the limited availability of gravitational waveforms that include effects of eccentricity. Here, we present observational results for a waveform-independent search sensitive to eccentric black hole coalescences, covering the third observing run (O3) of the LIGO and Virgo detectors. We identified no new high-significance candidates beyond those that were already identified with searches focusing on quasi-circular binaries. We determine the sensitivity of our search to high-mass (total mass M>70 M⊙) binaries covering eccentricities up to 0.3 at 15 Hz orbital frequency, and use this to compare model predictions to search results. Assuming all detections are indeed quasi-circular, for our fiducial population model, we place an upper limit for the merger rate density of high-mass binaries with eccentricities 0<e≤0.3 at 0.33 Gpc−3 yr−1 at 90\% confidence level

Ultralight vector dark matter search using data from the KAGRA O3GK run

Among the various candidates for dark matter (DM), ultralight vector DM can be probed by laser interferometric gravitational wave detectors through the measurement of oscillating length changes in the arm cavities. In this context, KAGRA has a unique feature due to differing compositions of its mirrors, enhancing the signal of vector DM in the length change in the auxiliary channels. Here we present the result of a search for U(1)B−L gauge boson DM using the KAGRA data from auxiliary length channels during the first joint observation run together with GEO600. By applying our search pipeline, which takes into account the stochastic nature of ultralight DM, upper bounds on the coupling strength between the U(1)B−L gauge boson and ordinary matter are obtained for a range of DM masses. While our constraints are less stringent than those derived from previous experiments, this study demonstrates the applicability of our method to the lower-mass vector DM search, which is made difficult in this measurement by the short observation time compared to the auto-correlation time scale of DM

Search for gravitational-lensing signatures in the full third observing run of the LIGO-Virgo network

Gravitational lensing by massive objects along the line of sight to the source causes distortions of gravitational wave-signals; such distortions may reveal information about fundamental physics, cosmology and astrophysics. In this work, we have extended the search for lensing signatures to all binary black hole events from the third observing run of the LIGO--Virgo network. We search for repeated signals from strong lensing by 1) performing targeted searches for subthreshold signals, 2) calculating the degree of overlap amongst the intrinsic parameters and sky location of pairs of signals, 3) comparing the similarities of the spectrograms amongst pairs of signals, and 4) performing dual-signal Bayesian analysis that takes into account selection effects and astrophysical knowledge. We also search for distortions to the gravitational waveform caused by 1) frequency-independent phase shifts in strongly lensed images, and 2) frequency-dependent modulation of the amplitude and phase due to point masses. None of these searches yields significant evidence for lensing. Finally, we use the non-detection of gravitational-wave lensing to constrain the lensing rate based on the latest merger-rate estimates and the fraction of dark matter composed of compact objects

Progettazione e sviluppo di un tool sensorizzato ed attuato per chirurgia laser assistita dell'Ipertrofia Prostatica Benigna (IPB)

L’Ipertrofia Prostatica Benigna (IPB) è una condizione patologica caratterizzata da un ingrossamento della ghiandola prostatica, dovuto a un aumento del numero di cellule che costituiscono la componente parenchimale e stromale della prostata. L’aumento di volume (adenoma) comporta un’occlusione della parte iniziale dell’uretra, posta tra il collo vescicale e il collicolo seminale (veru montanum), e circondata dalla ghiandola prostatica. I sintomi correlati sono l’aumento della frequenza nell’urinare (poliuria), la difficoltà nella minzione e lo svuotamento non completo della vescica, che può comportare fenomeni di proliferazione batterica e conseguente rischio di uretriti, oltre alla formazione di calcoli dovuti alla cristallizzazione del residuo post-minzionale. Tra i trattamenti chirurgici per la cura dell’IPB, sono state sviluppate recentemente diverse tecniche di operazione che prevedono l’utilizzo del laser come elemento operativo. L’intervento ha lo scopo di rimuovere attraverso uno strumento endoscopico (il resettoscopio) inserito per via transuretrale, il tessuto responsabile dell’occlusione, ed è effettuato solitamente in anestesia spinale. Il laser, rispetto agli elementi operativi tradizionali, quali ad esempio l’elettrodo (ansa diatermica) utilizzato per terapie TURP (TransUrethral Resection of the Prostate) o gli aghi utilizzati nella TUNA (TransUrethral Needle Ablation), ha il vantaggio di indurre nel tessuto fenomeni di emostasi più rapidi, riducendo il sanguinamento intra-operatorio; questo diminuisce anche le tempistiche di degenza post-operatoria del paziente, e rende possibile l’operazione anche per pazienti con disturbi della coagulazione o sottoposti a terapie con anticoagulanti/antiaggreganti. Tra le diverse tipologie di laser utilizzate per la procedura, hanno particolare rilevanza quelle che utilizzano laser a Olmio o Tullio; questi laser possiedono una lunghezza d’onda rispettivamente di 2140 nm e 2013 nm e rilasciano un’elevata dose di energia per volume di tessuto (profondità di penetrazione attorno a 0.4 mm). Questo comporta la rimozione del tessuto per vaporizzazione, non per coagulazione (come avviene invece con l’utilizzo di altre tipologie di laser). I processi di coagulazione danno origine a un edema post-operatorio e a processi biologici di rimozione del tessuto necrotico più lunghi di quelli che si sviluppano con la vaporizzazione, inducendo anche una prolungata ostruzione del tratto urinario, che rende necessaria una cateterizzazione post-operatoria che può durare fino a quindici giorni. Un aspetto critico dei laser a Olmio o Tullio è l’assorbimento dell’energia laser da parte dell’acqua. Se la fibra laser non è a diretto contatto con il tessuto, la sua energia è dispersa nel liquido circostante, formando bolle di vapore che limitano la visione endoscopica attraverso l’elemento ottico del resettoscopio. Inoltre questo fenomeno induce un’ablazione non controllata dell’uretra prostatica, provocando carbonizzazione del tessuto, con conseguente formazione di crateri e aumento delle complicazioni post-operatorie, quali ad esempio infezioni delle vie urinarie e difficoltà nella minzione. Un’ulteriore criticità del trattamento convenzionale con l’utilizzo di laser a Olmio o Tullio è legata alle tempistiche della procedura, che sono più lunghe di terapie che utilizzano altre tipologie di laser. La durata prolungata è dovuta alle difficoltà del chirurgo nel portare la fibra laser a contatto con il tessuto, dato che per compiere un piccolo movimento in punta deve muovere considerevolmente tutto lo strumento esternamente. Lo scopo del presente studio di tesi consiste nella progettazione e realizzazione di uno smart tool (attuato e sensorizzato) per la chirurgia transuretrale dell’IPB attraverso l’ablazione per mezzo di laser a Olmio o Tullio, che permetta di superare le criticità dell’intervento tradizionale sopra descritte. La soluzione proposta consiste nel catheter-like robot ASTRO (Actuated and Sensorizated Tool for laseR assisted surgery of the prOstate). I sensori monitorano le forze di contatto all’interfaccia laser-tessuto. Attraverso il feedback dei sensori, il meccanismo di attuazione orienta la punta del laser all’interno della ghiandola prostatica durante l’intervento: in questo modo si garantisce un contatto stabile tra il tool chirurgico e il tessuto prostatico, in modo da rendere la procedura più efficace e veloce. È stato opportunamente progettato un catetere multilumen con diametro esterno di 2.1 mm, questo per agevolare l’integrazione di ASTRO all’interno del canale operativo di un resettoscopio commerciale Storz (diametro pari a 2.5 mm). Per la sensorizzazione in forza è stato scelto un sistema di sensori a fibre ottiche e per l’attuazione è stato realizzato un sistema a cavi. All’interno del catetere multilumen è stato predisposto un lume centrale (diametro di 1.3 mm) per alloggiare la fibra laser. Nel volume residuo tra il lume centrale e l’esterno del catetere sono presenti sei lumi di diametro pari a 0.22 mm, disposti su una circonferenza di raggio 0.75 mm centrata sul centro del catetere e intervallati di 60° l'uno dall'altro. Tali lumi servono ad alloggiare tre sensori in fibra ottica a reticolo di Bragg (Fiber Bragg Grating, FBG) di diametro pari a 0.18 mm, e tre cavi in Nylon (diametro di 0.15 mm), che sono fissati in punta ad ASTRO e collegati a tre motoriduttori indipendenti per attuare il sistema. È stata realizzata un'interfaccia di controllo che elabora il segnale ricevuto dai sensori, calcola la forza di contatto (modulo e direzione) e la mostra a video all’utente in tempo reale. Un sistema di controllo a ciclo chiuso utilizza la misura per far muovere il laser a contatto col tessuto attraverso la trazione dei cavi (azionamento dei motori). Attraverso l’interfaccia, il chirurgo può monitorare la forza di contatto tra il tool chirurgico e il tessuto prostatico durante l’operazione e intervenire in qualsiasi momento abilitando o disabilitando l’attuazione del laser. ASTRO è progettato per misurare forze laterali in 2D, agenti in punta al dispositivo sul piano trasversale all’asse dello strumento, e questo è possibile attraverso l’utilizzo di tre sensori disposti sullo stesso piano trasversale. L’utilizzo di tre elementi permette, infatti, di eliminare la componente a modo comune data dalla variazione di temperatura. Il sistema di sensorizzazione è stato opportunamente calibrato, applicando delle forze note in punta allo strumento, a intervalli di 0.2 mN, in un range tra 0 e 2 mN. I test sono stati effettuati applicando le forze lungo 9 diverse direzioni, e per ognuna sono stati effettuati 10 test, in modo da valutare la ripetibilità della risposta dei sensori e ridurre l’errore di misura. L’intero dataset di calibrazione è composto in totale da 1980 acquisizioni. Per ognuna direzione è stata calcolata la matrice che correla la risposta dei sensori con le forze agenti in punta ad ASTRO. La matrice di calibrazione totale del sistema è stata calcolata attraverso la media delle 9 matrici così ricavate. Le specifiche in termini di risoluzione della forza misurata sono state fissate in fase progettuale in modo da garantire una corretta ablazione del tessuto prostatico ed evitare danni indesiderati al tessuto. Dai test effettuati il dispositivo risulta avere una risoluzione pari a 10 mN. Tale valore soddisfa i prerequisiti fissati in fase progettuale. Il sistema di attuazione è stato dimensionato in modo da portare a contatto il laser con le pareti di un’uretra sana (6 mm di diametro). Sono stati eseguiti test di caratterizzazione del movimento del robot sia utilizzando come riferimento della carta millimetrata, sia testandolo su fantoccio antropometrico ed è stato dimostrato che il sistema di attuazione soddisfa i prerequisiti in termini di dimensioni e di range di movimento. In conclusione la piattaforma meccatronica ASTRO realizzata soddisfa le specifiche imposte in fase di progettazione e potenzialmente potrà permettere al chirurgo di eseguire l'intervento di ablazione laser dell'IPB in modo più efficace rispetto alla procedura chirurgica attuale

Sondaggi lungo la Tratta T2. Caratteri ambientali e aspetti topografici del Campo Marzio in epoca romana

La realizzazione di una campagna di carotaggi lungo la tratta centrale della nuova linea C della Metropolitana di Roma, destinata ad attraversare il Campo Marzio, ha dato spunto ad alcune riflessioni sulla geomorfologia antica di questo settore della città e su come quest'ultima abbia influenzato l'occupazione dell'area

JRJC 2021- Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs. Book of Proceedings

Journées de Rencontres Jeunes Chercheurs (JRJC2021). 17-23 octobre 2021, La Rochelle (France

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