Curriculum vitae

16/6/1961 Nato a Firenze.

Titoli di studio:

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30/7/1980: Conseguimento della maturità scientifica con votazione 60/60.

13/7/1989: Conseguimento della laurea in fisica presso l'Università di Firenze con una votazione di 110 e lode/110; relatore Stefano Ruffo. Titolo della tesi: Aspetti teorici legati alla simulazione di modelli fisici tramite automi cellulari.

19/5/1994: Dispensa dal Diplôme d'Étude Approfondi (DEA) presso l'università Pierre et Marie Curie (Paris 6) a Parigi per meriti di ricerca.

16/6/1997: Dottorato in Fisica Teorica presso l'università Pierre et Marie Curie (Paris 6) a Parigi sotto la direzione di Nino Boccara. Menzione Très Honorable. Titolo della tesi: Etude de quelques modèles discrets en physique et biologie (Study of some discrete models in physics and biology).

15/9/1997: Riconoscimento del dottorato da parte del Ministero della Università e Ricerca Scientifica come equivalente al titolo italiano.

Temi di ricerca.

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Mi sono essenzialmente sempre occupato di modelli discreti (automi cellulari, mappe accoppiate), sia dal punto di vista della meccanica statistica che dei sistemi dinamici, applicandoli allo studio di sistemi fisici, chimici e biologici. Gli automi cellulari sono sistemi dinamici definiti su reticolo, in cui sia il tempo che le variabili dinamiche sono discreti. L'obiettivo ultimo di questo tipo di approccio alla modellizzazione è quello di descrivere un comportamento complesso a partire da elementi molto semplici, che evolvono in base a interazioni locali, implementabili esattamente su un elaboratore elettronico.

La ricerca che riguarda i modelli discreti può essere divisa in due parti: quella che si occupa delle loro proprietà matematiche e quella che li utilizza come strumento per costruire modelli di sistemi fisici o biologici.

Studio delle proprietà matematiche degli automi cellulari

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Durante la preparazione della tesi di laurea ho collaborato alla costruzione di un elaboratore elettronico dedicato alla simulazione di automi cellulari. Ho quindi applicato le tecniche di simulazione che andavo sviluppando allo studio di un modello teorico (Game of Life). La tecnica utilizzata è stata poi raffinata, e a partire dalla sua generalizzazione ho sviluppato un formalismo per l'estensione alle funzioni discrete dello sviluppo in serie di Taylor che ha applicazioni nella minimizzazione delle funzioni booleane utilizzate nelle simulazioni di sistemi fisici e nella progettazione di circuiti integrati. Questo formalismo ha poi permesso di estendere il concetto di caoticità ai sistemi discreti e di sviluppare su basi teoriche il problema della rottura di simmetria di replica nei sistemi fuori dall'equilibrio.

Nel campo della fisica teorica mi sono inoltre occupato di transizioni di fase in sistemi fuori dall'equilibrio. In particolare mi sono occupato di cross-over indotto dalla diffusione, dello studio di proprietà critiche usando il gruppo di rinormalizzazione fenomenologico e della coesistenza di diverse classi di universalità. Ho inoltre lavorato sulla corrispondenza tra sistemi critici e sistemi autocritici.

Un tema collegato riguarda lo studio di gas di reticolo, un campo di ricerca teorico con applicazioni pratiche alla progettazione idraulica. Questi sistemi sono efficientemente simulabili, ma hanno delle proprietà termodinamiche non usuali. In particolare, sono interessato alla relazione tra entropia e proprietà caotiche (esponenti di Lyapunov).

Sincronizzazione

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Il fenomeno da studiare qui è quello di spiegare se e quando due sistemi dinamici caotici possono sincronizzarsi, ovvero le due traiettorie possono convergere, in presenza di uno stimolo esterno (generalmente rumore). I sistemi caotici hanno la proprietà di dipendere in maniera sensibile dalla condizione iniziale. La definizione originale di caoticità (basata sugli esponenti di Lyapunov) non distingue tra divergenza nelle variabili di sito e divergenza spaziale. Utilizzando una nuova tecnica, che consiste

nel forzare due repliche dello stesso sistema a sincronizzarsi, si può definire un indicatore di caoticità che tiene conto della struttura spaziale del sistema. Sto lavorando sulla sincronizzazione nei sistemi caotici e negli automi cellulari, in connessione con

il fenomeno dei comportamenti impredicibili dei sistemi non caotici. Questa tecnica promette di essere particolarmente interessante per l'estrazione di parametri non osservabili in un esperimento reale, utilizzando una replica sincronizzata su un computer.

Controllo di sistemi discreti

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Ultimamente ho iniziato ad applicare i concetti di caos e sincronizzazione al controllo di sistemi discreti, in particolare Automi Cellulari. Si tratta si un caso altamente non lineare di controllo regionale, in cui si cerca di guidare una regione di un sistema verso un determinato stato o su una particolare traiettoria.

Modellizzazione di sistemi fisici

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Ho collaborato con S. Ciliberto alla realizzazione di un esperimento di convezione di Raileigh-Bènard su cella a forma di anello. In seguito ho collaborato all'interpretazione dei dati sperimentali utilizzando un modello probabilistico ad automi cellulari. Ho applicato il concetto di automa cellulare allo studio della conduzione ionica veloce (fast ionic conductor) ed all'avvelenamento dei catalizzatori. Ho sviluppato un modello semplificato per il trasporto di sedimenti (sabbia) in un fiume. Mi sono occupato anche dello sviluppo di modelli idrodinamici basati su lattice Boltzmann equation.

Dinamica evolutiva delle popolazioni

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Mi interesso allo studio di modelli evolutivi di popolazione in presenza di competizione, con particolare attenzione al fenomeno della formazione delle specie, utilizzando sia tecniche numeriche che metodi della meccanica statistica. Il punto concettuale di partenza è il seguente: la competizione per una risorsa dipende in genere da un tratto fenotipico (per esempio: i semi di una certa dimensione possono essere utilizzati con maggior successo dagli uccelli con il becco di dimensione appropriata, che quindi competono per tale risorsa). Il tratto fenotipico dipende, in prima approssimazione, da un insieme di geni, che interagiscono in maniera non epistatica (ovvero i cui effetti si sommano). La competizione induce quindi una interazione repulsiva nello spazio genotipico, interazione che può essere sufficiente a causare la speciazione anche in un panorama adattativo piatto. Sono anche interessato alla struttura topologica e metrica dello spazio genotipico, e alle conseguenze evolutive del fenomeno "small world". L'effetto small world può essere condensato dicendo che anche una piccola probabilità di effettuare "salti" a lunga distanza cambia profondamente una dinamica diffusiva. Nel caso dell'evoluzione la presenza di un tale effetto può cambiare il paradigma interpretativo dell'evoluzione: invece che essere dominata dal tempo necessario a "scoprire" una nuova nicchia, si avrebbe che tutte le nicchie esistenti sono scoperte e popolate in un tempo breve, mentre i cambiamenti evolutivi sono dati dalla coevoluzione di tutte le specie in interazione, che causa la "creazione" di nuove nicchie ecologiche.

Modelli sociologici, psicologici e cognitivi

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Negli ultimi anni mi sono occupato di modelli di formazione

delle opinioni, in particolare applicando concetti derivati dall'ecologia delle popolazioni e modelli di individuo che possono servire anche come strumenti di datamining in altri campi. In una ottica evolutiva, si può postulare un processo simile a quello per l'evoluzione genica: le funzioni cerebrali evolvono sostanzialemnte per duplicazione e differenziazione. Questo permette di ipotizzare una certa "universalità" nelle funzioni, e quindi di utilizzare schemi derivanti dalle scienze cognitive anche per le funzioni superiori. Infine, dato che la selezione umana avviene essenzialmente per selezioni sessuale, occorre tenere presente che molti tratti possono essere stati selezionati indipendentemente dalla loro funzione specifica.

Una connessione tra genetica, dinamica delle popolazioni e sociologia si trova nello studio dell'influenza della percezione del rischio di infezione nella dinamica di una epidemia.

Ultimamente mi interesso anche a livello sperimentale della dinamica cognitiva dei piccoli gruppi, specialmente quando sono in interazione virtuale.

Scuole:

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17-24/9/1987: Advanced School on Programming Methodologies (I.A.S.I. -- Roma).

9-18/9/1991: Sexta escuela mexicana de fisica estadistica (Guanajuato, Mexico).

10/5-5/6/1993: Ecole de physique de la matière condensée (Beg-Rohu, Francia).

15/6-15/7/1995: Ecole de physique de la matière condensée (Beg-Rohu, Francia).

Borse di studio e contratti di associazione.

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1987-1989: Associazione al gruppo V INFN sez. di Firenze, esperimento AUTOC.

1990-1999: Associazione al gruppo IV INFN, sez. di Firenze, esperimento FI3.

15/2-15/7/1990: Borsa di studio della fondazione A. Della Riccia per un soggiorno a Ginevra di cinque mesi, collaborazione con M. Droz.

15/7/1990-15/1/1991: Borsa di studio INFM sez. di Firenze.

1991-1994: Associazione al consorzio INFM di fisica della materia

2000-2013: Associazione INFN gruppo IV, sez. Firenze, esperimento TO61 e FI61

2013-2015: Associazione INFN gruppo IV, sez. Firenze, coordinatore nazionale esperimento PIECES

dal 2015: Associazione INFN gruppo IV, sez. Firenze, coordinatore nazionale esperimento PlexNet

Esperienze didattiche.

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anno 1993/1994: Analisi di Fourier applicata alle serie temporali, modulo di 4 ore per il corso di Analisi 1 per Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni (prof. Modica)

anno 1994/1995: Analisi di Fourier applicata alle serie temporali, modulo di 4 ore per il corso di Analisi 1 per Ingegneria Elettronica e Telecomunicazioni (prof. Modica)

anno 1994/1995: Affidamento di 20 ore di didattica per Fisica Generale 1 nell'ambito del corso di Diploma in Ambiente e Risorse preso il PIN, sede di Prato della Facoltà di Ingegneria.

anno 1995/1996: Oscillazioni e spazio delle fasi, modulo di 10 ore per il corso di Fisica Generale II per Ingegneria dell'Ambiente e del Territorio (prof. Ruffo).

anno 1996/1997: Oscillazioni e spazio delle fasi, modulo di 10 ore per il corso di Fisica Generale II per Ingegneria dell'Ambiente e del Territorio (prof. Ruffo).

anno 1996/1997: Sistemi dinamici discreti, modulo di 10 ore per il corso di Fisica dei Sitstemi Dinamici (prof. Ruffo).

anno 1997/1998: Fluidi su reticolo, modulo di 10 ore per il corso di Fisica dei Sistemi Dinamici (prof. Ruffo).

1/1-30/6/2001: Sviluppo di strumenti informatici utilizzabili via rete per l'ausilio alla didattica di base e per la formazione permanente

(WebTeach -- http://didattica.dma.unifi.it/WebTeach), progetto finanziato dall'Università di Firenze nell'ambito della promozione nelle strut ture didattiche dei servizi innovativi per la didattica, l'orientamento e il lavoro.

dal 2001: Organizzazione dei sistemi di insegnamento a distanza per il Polo Universitario Penitenziario dell'Università di Firenze.

Anno 2002/2003: docente del corso Fisica 2 (3 crediti) per Ingegneria dell'Ambiente e del Territorio (IAT). Esercitazioni per Fisica 1 IAT (4 crediti). Minicorso di fisica statistica per il dottorato in sistemi complessi (9 ore).

anno 2003/2004: docente del corso Fisica 1 (4 crediti) e Fisica 2 (3 crediti) per Ingegneria dell'Ambiente e del Territorio (IAT) e del corso Fisica statistica e dei processi diffusivi (5 crediti) per la laurea specialistica in Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del

Territorio.

Anno 2003/2004: Docente per il dottorato in fisica dei sistemi complessi.

Dal 2003: Partecipazione alla commissione valutazione debiti formativi (test ingresso per Ingegneria).

Anno 2004/2005: Docente del corso Meccanica e Termodinamica (7 crediti), Ingegneria per l'ambiente e il Territorio e del corso Fisica Statistica e dei Fenomeni Diffusivi (5 crediti) Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del Territorio.

Anno 2005/2006: Docente del corso Meccanica e Termodinamica (7 crediti), Ingegneria per l'ambiente e il Territorio e del corso Fisica Statistica e dei Fenomeni Diffusivi (5 crediti) Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del Territorio.

Anno 2006/2007: Docente del corso Fisica Generale 1 (6 crediti), Ingegneria per l'ambiente e il Territorio e del corso Fisica Statistica e dei Fenomeni Diffusivi (5 crediti), Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del Territorio.

Anno 2007/2008: Docente del corso Fisica Generale 2 (6 crediti), Ingegneria per l'ambiente e il Territorio e del corso Fisica Statistica e dei Fenomeni Diffusivi (5 crediti), Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del Territorio.

Anno 2008/2009: Docente del corso Fisica Statistica e dei Fenomeni Diffusivi (5 crediti), Ingegneria per la Tutela dell'Ambiente e del Territorio.

Anno 2009-2010: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (6 crediti), laurea magistrale in Ingegneria Informatica dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi

Anno 2010-2011: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (6 crediti), laurea magistrale in Ingegneria Informatica dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e Fisica dei Sistemi Complessi, laurea magistrale in Scienze Fisiche e astronomiche

Anno 2011-2012: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (6 crediti), laurea magistrale in Ingegneria Informatica dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi

Anno 2012-2013: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (6 crediti), laurea magistrale in Ingegneria Informatica dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del corso di Fisica generale 1 (6 crediti) per Ingegneria Civile, Ambientale e Edile

Anno 2013-2014: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (6 crediti), laurea magistrale in Ingegneria Informatica dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi

Anno 2014-2014: Docente del corso Fisica statistica e Teoria dell'Informazione} (3 crediti), e Laboratorio di Fisica computazionale (6 crediti) laurea magistrale in Scienze Fisiche ed Astronomiche dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

Anno 2015-2016: Docente del corso Fisica dei Sistemi Complessi e Teoria dell'Informazione} (3 crediti), e Laboratorio di Fisica computazionale (6 crediti) laurea magistrale in Scienze Fisiche ed Astronomiche dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

Anno 2016-2017: Docente del corso Fisica dei Sistemi Complessi e Teoria dell'Informazione} (3 crediti), e Laboratorio di Fisica computazionale (6 crediti) laurea magistrale in Scienze Fisiche ed Astronomiche dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

Anno 2017-2018: Docente del corso di Laboratorio di Fisica computazionale (6 crediti) laurea magistrale in Scienze Fisiche ed Astronomiche dell'Università di Firenze e del dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

2015-2018 corso di Laboratorio di Comunicazione Scientifica per il dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

2016-2018 corso di Introduzione alla Modellizzazione ad Agenti con NetLogo per il dottorato in Fisica Nonlineare e Sistemi Complessi e del Dottorato in Fisica

Coordinazione di lavori di ricerca

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2005-2013: Coordinatore locale (FIRENZE) dell'esperimento INFN TO61 (Fisica e Biologia).

2013-2015: Coordinatore nazionale dell'esperimento INFN PIECES (Fisica dei Sistemi Complessi).

2015-2018: Coordinatore nazionale dell'esperimento INFN PlexNet (Fisica dei Sistemi Complessi).

Coordinazione del lavoro di tesi di laurea triennale e magistrale

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1994: Correlatore non ufficiale nella tesi di laurea in Fisica (Firenze) di Giovanna Guasti (relatore Stefano Ruffo) dal titolo "dinamica di modelli di Ising e sintesi proteica nei batteri".

1995: Correlatore della tesi di laurea in Biologia (Firenze) di Mauro Romanelli (relatore Marcello Buiatti) dal titolo "due modelli a variabili discrete delle dinamiche mitotiche in popolazioni cellulari".

1996: Relatore della tesi di laurea in Fisica (Firenze) di Paolo Palmerini dal titolo "metodi numerici ed analitici per lo studio delle proprietà critiche di sistemi discreti probabilistici".

1998: Correlatore non ufficiale nella tesi di dottorato in Fisica (Firenze) di Lucia Baroni (relatore Roberto Livi) dal titolo "rumore, chaos e sincronizzazione in sistemi dinamici a molti gradi di libertà" (capitolo 4: "sincronizzazione stocastica in sistemi spazialmente estesi").

2000: Relatore della tesi di laurea in Biologia (Firenze) di Carlo Guardiani dal titolo Un modello teorico di evoluzione di quasi-specie.

2003: Relatore della tesi di laurea in Ingegneria Ambientale (Firenze) di Luca Sguanci dal titolo "Interazione tra fase liquida e mezzo granulare: studio di applicabilita' del metodo del reticolo di Boltzmann".

2004: Relatore (con G. Manfrida, A. Barbaro e F. Giovannini) della tesi di Laurea in Ingegneria per l'Ambiente ed il Territorio di Valentina Lapolla dal titolo "Analisi, applicazione,valutazione e confronto di modelli diffusionali in terreno complesso: un caso studio a Sambuca, Tavarnelle V.P. (FI)".

2007: relatore (con E. Vicario, e F. Poli) della tesi di laurea in Ingegneria per l'Ambiente ed il Territorio di Pistolesi Alessio dal titolo “Progettazione e sviluppo di un’applicazione web per il supporto alla didattica basata su middleware per la persistenza”.

2008: Relatore della tesi magistrale in Ingegneria per la tutela dell'ambiente e del territorio di Giulio Mariotti dal titolo "MODELLO IDROMORFODINAMICO LATTICE BOLTZMANN FINALIZZATO ALLO STUDIO DI FENOMENI EROSIVI LOCALIZZATI"

2010: Relatore della tesi triennale in Fisica di Filippo Miele dal titolo "Il problema di Ising inverso nella teoria dell'Evoluzione"

2015: Relatore della tesi magistrale in Ingegneria Informatica di Sandro Mehic dal titolo "Ruolo dell'informazione e topografia nei sistemi competitivi basati su agenti e con risorse limitate"

2015: Relatore della tesi magistrale in Scienze Fisiche ed Astrofisiche di Giulia Cencetti dal titolo "Random walk su rete: competizione fra trappole"

2017: Relatore della tesi magistrale in Scienze Fisiche ed Astrofisiche di Gianmario Marrelli dal titolo "Caratterizzazione del un modello Mercedes-Benz dell'acqua su reticolo esagonale"

Tesi di dottorato

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1999: Correlatore non ufficiale nella tesi di dottorato in Fisica (Bologna) di Michele Bezzi (relatore Roberto Livi) dal titolo "Modeling biology by cellular automata" (capitolo 2: "A cellular automata model for a simple ecosystem").

2004: Relatore (con Stefano Ruffo) della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Fabio Franci, dal titolo "Modelli di fenomeni sociali".

2006: Relatore della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi complessi (Ingegneria informatica) di Luca Sguanci dal titolo "Modeling infective diseases: from viral coevolution to risk perception in epidemics".

2009: Relatore della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Andrea Guazzini dal titolo "Computational models of cognitive activity: from neural to social dynamics"

2010: Relatore della tesi di di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Pietro Lió dal titolo "Computational models in fighting diseases"

2014: Relatore della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Alisa Santarlasci dal titolo "Modeling ant warfare: a "chemical" approach".

2014: Relatore della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Emanuele Massaro dal titolo "Local Dynamics in Complex Networks: from community detection to epidemic spreading".

2014: Relatore della tesi di dottorato in Dinamiche Non-lineari e Sistemi Complessi (Firenze) di Alessandro Cini dal titolo "Small group dynamics: interweaving sociophysics and experimental psychology".

2018: Relatore (con A. Zaldei; S. Di Lonardo, G. Gualtieri) della tesi di dottorato in Ingegneria dell'Informazione (Firenze) di Alice Cavaliere dal titolo "Antropic sensors and control networks for territory and smart cities".

Altre attività di ricerca

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Svolgo attività di referaggio per Physical Review E, Physical Review Letters, Physica A, International Journal of Modern Physics C, Journal of Theoretical Biology, Journal of Computational Physics, Physics Letters A, European Journal of Physics B, Chaos, J. Phys A, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulations, Chaos, Information Sciences.

Divulgazione e volontariato

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Svolgo attività di volontariato presso l'associazione Insieme di Borgo S. Lorenzo (recupero ex-tossicodipendenti)

Presidente dell'associazione CaffeScienza (organizzazione di dibattiti scientifici) http://www.caffescienza.it

Competenze varie.

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Buona conoscenza dell'ambiente operativo Unix (Linux) e delle metodologie di comunicazione dati. Buona conoscenza di altri ambienti operativi (Dos, Windows, MacOSX) e delle varie applicazioni. - Notevole esperienza di programmazione server-client (specialmente web) e dei linguaggi C e Perl.

Buona conoscenza delle lingue inglese, francese e spagnola.

Per le pubblicazioni vedere https://www.unifi.it/p-doc2-2013-200006-B-3f2a3d2c362f2c-0.html

Orcid site: https://orcid.org/0000-0002-6293-0305