BROWSEPOL – Beyond standaRd mOdel With coSmic microwavE background POLarization

30/10/2025 Pagina a cura di Alessandro Gruppuso - Aggiornata il 25/03/2026

BROWSEPOL – CUP: C53D23001080006

MUR PRIN2022 Project “BROWSEPOL: Beyond standaRd mOdel With coSmic microwavE background POLarization”-2022EJNZ53 finanziato dall’Unione Europea  – Next Generation EU.

Unità di Ricerca e personale

  • Università di Padova
    • Prof. N.Bartolo, Principal Investigator
    • Dr. H.V.Ragavendra
  • Università di Ferrara
    • Prof. P.Natoli, Associated Investigator
    • Dr. G.Galloni
  • INAF OAS Bologna
    • Dr. A.Gruppuso, Associated Investigator
    • Dr. S.Paradiso

Panoramica e Obiettivi

La cosmologia moderna è passata negli ultimi anni da un’era di prime scoperte a un’era di precisione, trasformandosi in un banco di prova primario per la fisica fondamentale. La Radiazione Cosmica di Fondo (CMB) è uno degli strumenti cosmologici più potenti: garantisce un accesso unico all’Universo primordiale, fornisce vincoli sulla fisica delle alte energie a scale mai raggiungibili con strutture terrestri ed è un laboratorio ideale per “stress test” di scenari al di là dei modelli standard di cosmologia e fisica delle particelle.

Pur in notevole accordo con il modello standard Lambda Materia Oscura Fredda (CDM) con semplici condizioni iniziali inflazionarie, i dati della CMB mostrano alcune firme intriganti, che non hanno ancora trovato una spiegazione autoconsistente. Infatti, indizi di nuova fisica potrebbero essere già emersi. È questo il caso della violazione di parità che porta alla cosiddetta birefringenza cosmologica (CB), la quale provoca la rotazione della polarizzazione lineare dei fotoni in propagazione, rompendo l’elettromagnetismo di Maxwell. La CB, a lungo considerata una strada promettente per la nuova fisica, sta vivendo oggi un intenso interesse, dopo gli indizi di rilevazione nei dati legacy di Planck con una significatività superiore al 99%.

Inoltre, sono presenti delle “anomalie” nei dati della CMB, specialmente alle grandi scale angolari. Sono state esplorate estesamente nel campo di temperatura (T) della CMB, ma non si è potuta raggiungere una conclusione convincente sulla loro natura, che sia primordiale, dovuta a sistematiche o semplicemente a un caso statistico. I dati di polarizzazione di alta qualità in arrivo offrono un’occasione imperdibile per risolvere entrambi gli enigmi, facendo nuova luce sulla fisica sia dell’Universo primordiale che di quello recente.

Tali osservazioni sono fortemente motivate dalla ricerca dei modi B di polarizzazione, un tracciante unico delle onde gravitazionali primordiali (PGW) dall’inflazione. Tuttavia, c’è molto di più nella polarizzazione della CMB, e nei modi B in particolare, oltre a questo importantissimo obiettivo. Le correlazioni incrociate dei modi B con i modi T ed E della CMB sono un tracciante quasi esclusivo della violazione di parità, e i modi B possono anche essere un potenziale tracciante della fisica oltre il modello standard per le anomalie, complementando le informazioni T ed E.

Intendiamo perseguire questi indizi, sviluppando uno sforzo integrato che parte dalla definizione degli scenari teorici più intriganti e prosegue con l’allestimento di stimatori nuovi, robusti ed efficienti che tengano conto in modo credibile dei maggiori contaminanti attesi dall’emissione in primo piano (foreground) e dalle sistematiche strumentali. Puntiamo a una sfruttamento approfondito dei dati legacy, da Planck e WMAP, nonché alla previsione delle prestazioni degli esperimenti di prossima generazione, incluso LiteBIRD, con l’obiettivo credibile di migliorarne la progettazione. BROWSEPOL fornirà una valutazione realistica di come i futuri esperimenti CMB possano districare i modi B generati dall’inflazione standard dalle firme intriganti di nuova fisica, quindi sarà anche rilevante per escludere che la loro attesa rilevazione sia guidata da altri effetti oltre le PGW dello scenario standard.

 

Meetings

Attività di Formazione

  • Alessandro Greco, dottorato, “Cosmic Birefringence as a Probe of Fundamental Parity-Violation”, Università degli Studi di Padova. Supervisore: N.Bartolo Anni: 2020-2023. Conseguimento titolo: gennaio 2024.
  • Idil Ezgi Karaaslan, laurea magistrale, “Cosmic Birefringence with the Cosmic Microwave Background: A Harmonic-based Methodology”, Università degli Studi di Padova. Supervisori: N.Bartolo, A.Gruppuso. A.A. 2023/24. Conseguimento titolo: dicembre 2024.
  • Stefano Arcari, dottorato, “Cosmological cross-correlations as a probe of new physics”, Università degli Studi di Ferrara. Supervisori: A.Gruppuso, M.Lattanzi. Anni: 2021-2024. Conseguimento titolo: aprile 2025.
  • Salvatore Samuele Sirletti, dottorato, “Constraining physics beyond ΛCDM through the cosmic microwave background and large scale structure of the Universe”, Università di Trento. Supervisori: M.Ballardini, A.Gruppuso, P.Natoli. Anni: 2022-2025. Conseguimento titolo: febbraio 2026.
  • Nicolò Badinelli, laurea magistrale, Università degli Studi di Padova. Supervisori: N.Bartolo, A.Gruppuso, M.Lattanzi. In corso.

Attività divulgativa

  • P. Natoli, “L’importanza del volo spaziale nella ricerca fisica e astrofisica: l’esempio della cosmologia”, COA Aeronautica Militare, Pontelagoscuro, 6 ottobre 2023
  • Giacomo Galloni, Pint of Science, Titolo: Nebbia cosmica: esplorando la radiazione cosmica di fondo
    Data e Luogo: 20 Maggio 2025, Ferrara
  • Alessandro Gruppuso, commento tecnico rilasciato a MEDIAINAF (il notiziario online dell’Istituto nazionale di astrofisica): “La birifrangenza cosmica e le sue ambiguità “qui

 

Presentazioni

  • P. Natoli, “The cosmic microwave background circa 2030”, invited colloquium, Università di Roma Tor Vergata, 12 July 2024
  • A.Gruppuso, “Constraining Cosmic Birefringence with CMB data”, Hot Topics in Modern Cosmology, Spontaneous Workshop XVI, Cargese – Insitut d’Etudes Scientifiques de Cargese, 1-7 Settembre 2024.
  • P.Natoli & R. Fujimoto, “LiteBIRD: an occasion for Italy and Japan to collaborate on cosmology, fundamental physics and space science”, Japan Italy collaboration event at the Italian Embassy in Tokyo, 12 Dec 2024
  • P. Natoli, “The CMB Landscape for the next 25 years”, Gravity, Strings and Supersymmetry Breaking, Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy, 3-5 April 2025 (invited talk), https://indico.sns.it/event/79/
  • S. Paradiso, “Hints of new physics from CMB polarisation data”, Hot Topics in Modern Cosmology, Spontaneous Workshop XVII, Cargese – Insitut d’Etudes Scientifiques de Cargese, 23-29 Marzo 2025.
  • H.V.Ragavendra, “Signature of parity-violation in scalar-induced gravitational waves”, Universum VI, Padova, Italy, 15 Aprile  2025
  • H.V.Ragavendra, “Signature of parity-violation in scalar-induced gravitational waves”, contributed talk in The Dawn of Gravitational Wave Cosmology, at the ‘Centro de Ciencias de Benasque Pedro Pascual’ Benasque, Spain, 02 Maggio, 2025
  • S.S.Sirletti, “Testing the harmonic-scale dependence of the isotropic cosmic birefringence effect with Planck data”, IAS Princeton, group meeting (Prof. Zaldarriaga). 12 Maggio 2025
  • H.V.Ragavendra, “Inspecting the invariances of the universe under inversion, translation and rotation”, seminar at the Universidad de Granada, Granada, Spain, 13 Maggio  2025
  • H.V.Ragavendra, “Studying the initial condition of the universe”, seminar at Shiv Nadar Institution of Eminence, Delhi-NCR, India, 04 Agosto 2025
  • H.V.Ragavendra, “Scalar-induced gravitational waves as probes of primordial correlations”, seminar at the Indian Institute of Science Education and Research Kolkata, India, 05 Agosto 2025
  • H.V.Ragavendra, “Stochastic gravitational waves as probes of primordial correlations”, seminar at the Indian Institute of Astrophysics, Bengaluru, India, 07 Agosto  2025
  • H.V.Ragavendra, “Chiral gravitational waves: four-points to tell right from left”, seminar at Raman Research Institute, Bengaluru, India, 12 Agosto 2025
  • H.V.Ragavendra, “Scalar-induced gravitational waves as probes of primordial correlations”, seminar at the Indian Institute of Technology Madras, Chennai, India, 14 Agosto 14 2025
  • H.V.Ragavendra, “Studying the initial conditions of the universe”, lecture in Quanta’25 (Physics lecture series 2025) at RKM Vivekananda College, Chennai, India, 21 Agosto, 2025
  • H.V.Ragavendra, “Chiral gravitational waves: four-points to tell right from left”, seminar at The Institute of Mathematical Sciences, Chennai, India, 28 Agosto  2025
  • G. Galloni, “Assessing the significance of CMB anomalies with cosmological gravitational waves”, Tensions in Cosmology, Corfù, Greece, 3 September 2025.
  • G. Galloni, “Robust constraints on tensor perturbations from cosmological data: A comparative analysis”, GW-CMB 2025, National Central University, Taiwan, 6 November 2025.
  • S.Paradiso, “Investigating parity violation with the polarization of the CMB”, XI meeting on fundamental cosmology – Santander, 17-20 Novembre 2025.
  • S.S.Sirletti, “Testing the harmonic-scale dependence of the isotropic cosmic birefringence effect with Planck data”, Parity Violation from Home Conference. 18-21 Novembre 2025
  • H.V.Ragavendra, “Probing primordial parity-violation using scalar-induced gravitational waves”, Parity Violation from Home Conference. 18-21 Novembre 2025
  • H.V.Ragavendra, “Chiral gravitational waves: four-points to tell right from left, poster and contributed talk at Inflation 2025, conference at Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France, 1-5 Dicembre 2025
  • N.Bartolo, “Looking for new physics via CMB and Gravitational Waves”, Cosmic Origins and the Search for New Physics, IITM RESEARCH PARK Kanagam, Tharamani, Chennai, 19-23 Gennaio 2026
  • A.Gruppuso, “Constraining Cosmic Birefringence with CMB data”, Cosmology Journal Club, Dipartimento di Fisica e Astronomia “Galileo Galilei”, Università di Padova, 25 Febbraio 2026
  • H.V.Ragavendra, “Primordial Correlations in the Gravitational Wave Background”, Astrophysics Webinar, Raman Research Institute, Bengaluru, India, 05 Marzo  2026

 

Risultati del Progetto

  1. A new solution for the observed isotropic cosmic birefringence angle and its implications for the anisotropic counterpart through a Boltzmann approach Alessandro Greco, Nicola Bartolo, Alessandro Gruppuso e-Print: 2401.07079 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/028 Published in: JCAP 10 (2024), 028
  2. Planck constraints on cosmic birefringence and its cross-correlation with the CMB G. Zagatti, M. Bortolami, A. Gruppuso, P. Natoli, L. Pagano, G. Fabbian e-Print: 2401.11973 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/05/034 Published in: JCAP 05 (2024), 034
  3. Conversations in the dark: cross-correlating birefringence and LSS to constrain axions S. Arcari, N. Bartolo, A. Greco, A. Gruppuso, M. Lattanzi, P. Natoli e-Print: 2407.02144 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/101 Published in: JCAP 10 (2024), 101
  4. Breaking parity: the case of the trispectrum from chiral scalar-tensor theories of gravity Tommaso Moretti,  Nicola Bartolo, Alessandro Greco Published in: JCAP 07 (2025) 051 e-Print: 2410.11801 [astro-ph.CO]
  5. Cosmic Polarization Rotation from CMB data: A review for GR 110 Published in: Int.J.Mod.Phys.D 34 (2025) 03, 2540008 e-Print: 2502.07743 [astro-ph.CO] Alessandro Gruppuso Sperello di Serego Alighieri 
  6. LiteBIRD science goals and forecasts: constraining isotropic cosmic birefringence LiteBIRD Collaboration • E. de la Hoz et al. e-Print: 2503.22322 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2025/07/083 Published in: JCAP 07 (2025), 083
  7. Accurate and efficient likelihood modeling for large-scale CMB data Giacomo Galloni, Paolo Campeti, Luca Pagano, Martina Gerbino, Massimiliano Lattanzi, P. Natoli e-Print: 2505.24829 [astro-ph.CO],DOI: 10.1088/1475-7516/2025/12/052 Published in: JCAP 12 (2025), 052
  8. Twisted echoes of an odd quartet: Scalar-induced gravitational waves as a probe of primordial parity-violation H.V. Ragavendra, Nicola Bartolo e-Print: 2507.02733 [astro-ph.CO], submitted
  9. Planck constraints on the scale dependence of isotropic cosmic birefringence M. Ballardini, A. Gruppuso, S. Paradiso, S.S. Sirletti, P. Natoli e-Print: 2507.16714 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2025/09/075 Published in: JCAP 09 (2025), 075
  10. LiteBIRD Science Goals and Forecasts. $E$-mode Anomalies LiteBIRD Collaboration • A.J. Banday et al. e-Print: 2508.16451 [astro-ph.CO], submitted to JCAP
  11. Stairway to Axions: the cross-correlation of birefringence and galaxies from NPIPE and Quaia S. Arcari, N. Bartolo, G. Fabbian, A. Greco, A. Gruppuso, M. Lattanzi, P. Natoli, L. Pagano, G. Zagatti e-Print: 2509.22273 [astro-ph.CO], submitted to JCAP
  12. The first data-driven bounds on the quantum decoherence of inflationary gravitational waves Jessie de Kruijf, Giacomo Galloni, Nicola Bartolo e-Print: 2511.14727 [astro-ph.CO], submitted
  13. The Simons Observatory: forecasted constraints on primordial gravitational waves with the expanded array of Small Aperture Telescopes,’ Simons Observatory (including Giacomo Galloni) [arXiv:2512.15833 [astro-ph.CO]], submitted
  14. Chiral gravitational waves from multi-phase magnetogenesis H.V. Ragavendra, Gianmassimo Tasinato, L. Sriramkumar e-Print: 2602.16575 [astro-ph.CO]
  15. Cross-spectra likelihood for robust τ constraints from all satellite polarisation data, V.Genesini, G.Galloni, L.Pagano, P.Campeti and M.Lattanzi, [arXiv:2603.22454 [astro-ph.CO]]