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Sul Controllo della Crescita della Diffusione della Pandemia Covid-19:
Misura del successo delle misure di contenimento in Italia

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Antonio Bianconi^{1,2,3 *}, Augusto Marcelli^1,4, Gaetano Campi^1,2, Andrea Perali^1,5

¹Rome International Centre Materials Science Superstripes RICMASS via dei Sabelli 119A, 00185 Rome, Italy
²Institute of Crystallography, CNR, via Salaria Km 29. 300, Monterotondo Stazione, Roma I-00016, Italy
³National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute),115409 Moscow, Russia
⁴INFN - Laboratori Nazionali di Frascati, 00044 Frascati (RM), Italy
⁵School of Pharmacy, Physics Unit, Università di Camerino, 62032 Camerino (MC), Italy

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I “dati verificati” pubblicati dall’Istituto Superiore di Sanità e dalla Protezione civile a seguito dalla scelta politica della trasparenza e del contenimento della pandemia attuale sono stati uno strumento essenziale per la comunità scientifica per la determinazione delle leggi di crescita del contagio.

L’analisi dei “dati verificati” italiani è stata paragonata alle funzioni di crescita del contagio in Cina e Corea ove i governi hanno scelto la politica della trasparenza e contenimento del contagio. La dinamica del contagio nel tempo nei tre paesi mostra l’universalità delle leggi di crescita. In un primo periodo di tempo (detto “sotto soglia”) si osservano eventi sparsi e una crescita irregolare con un numero limitato di contagi.

(a)	(b)

Figura 1. Pannello a) Numero dei casi di contagio presenti in un giorno del 2020 in Cina (blu), Corea del Sud (arancione) Italia (verde). La curva di ogni paese è caratterizzata da un giorno t₀ ove il sistema transisce dal regime “sotto soglia” al regime esponenziale della pandemia. Le tre curve di crescita mostrano un andamento tipico di crescita arrestata o frustrata dalle misure di contenimento tipica dei sistemi complessi non omogenei con “domain walls” o “topological solitons” che rallentano la crescita, generando una funzione di crescita ove tempo di raddoppiamento t_d cambia ogni giorno.
Nel pannello (b) si mostra la variazione del tempo di raddoppiamento in funzione del tempo nei tre paesi. Mostriamo che il tempo di raddoppiamento mostra scalini in tutte le curve dovuti a probabilmente diversi centri di nucleazione. Il fattore s dà una misura della velocità dell’efficacia delle misure di contenimento.

In un secondo periodo che inizia in un giorno t₀ che identifichiamo come “critico”, la legge di crescita diventa per t > t₀ mostra la tipica legge esponenziale della pandemia che è simile in tutti i tre paesi con un tempo di raddoppiamento t_d di circa 2 giorni (1.5 < t_d <3). Nel caso di un’evoluzione libera il numero dei contagi raddoppierebbe in meno di tre giorni. Senza introdurre misure di contenimento, in queste condizioni di crescita, si arriverebbe a circa 10 milioni di contagi in circa 3 settimane.

Le politiche di controllo della pandemia messe in essere dall’Italia, Cina e Corea del Sud sono riuscite a modificare la legge di crescita rendendola del tipo di crescita arrestata o frustrata nei sistemi complessi^1,2 già osservata dal nostro gruppo di ricerca in materiali quantistici complessi³. Il processo di crescita non segue la legge standard di Kolmogorov, ma la regola di Ostwald⁴ dove nel volgere del tempo una fase si trasforma in un’altra fase metastabile con energia libera simile osservata in certi processi di cristallizzazione di proteine⁵ e ossidi⁶.

Nei tre paesi il tempo di raddoppiamento cresce giorno dopo giorno mostrando l’efficacia e il successo delle misure di contenimento. Più velocemente aumenta il tempo di raddoppiamento più efficace è stata la scelta della strategia adottata.

Come si vede nella figura a sinistra, il rallentamento della velocità di crescita del contagio, misurato dal di valore crescente di T_d in funzione del tempo. Il numero N dei contagi rimane molto minore di quello che la crescita esponenziale non governata avrebbe avuto. L’obiettivo è quello di raggiungere nel più breve tempo possibile la fase con zero nuovi contagi al giorno, che corrisponde a un tempo di raddoppiamento T_d infinito. Questo obiettivo è già stato raggiunto in Cina.

Per quantificare il successo delle misure di contenimento mostriamo nella figura a sinistra il valore del tempo di raddoppiamento in funzione del tempo, che per l’Italia corrisponde alla curva verde, confrontata con l’andamento cinese (blu) e quello coreano (arancione). Come si vede, anche se in misura differente, le tre diverse politiche di contenimento hanno avuto successo e si può apprezzare dalla seconda figura la diversità delle tre strategie. La strategia della Corea sembra quella che permette di raggiungere l’obiettivo nel tempo più breve e questo andamento si può quantificare con il parametro s che deve essere il più piccolo possibile per raggiungere l’obiettivo nel tempo più breve:
s= 4 per la Corea del Sud, s=6.4 per la Cina e attualmente s=13 per l’Italia.

È importante cercare di capire perché l’andamento in Corea del Sud è migliore anche rispetto a quello cinese che comunque ha avuto successo. La Corea del Sud ha fatto nello stesso periodo oltre 200 mila tamponi individuando rapidamente un gran numero di contagi asintomatici che sono stati posti in quarantena.

L’approccio coreano si potrebbe applicare anche in Italia, e crediamo che anche questo Ministero debba sostenere l’uso di questa pratica nel nostro paese e suggerire di applicarlo in tutta Europa. A favore dei tamponi di massa nella fase attuale si sono espressi numerosi esperti e istituzioni mediche. Fare i tamponi solo alle persone con sintomi è purtroppo una strategia non completamente efficace e ancora incomprensibilmente presente nelle linee guida dell'Organizzazione Mondiale della Sanità.

1. Bray, A. J. Coarsening dynamics of phase-separating systems. Mathematical, Physical and Engineering Sciences 361, 781-792 (2003).

2. Puri, S. & Wadhawan V. “Kinetics of phase transitions” edited by CRC Press, Boca Raton (2009); see there Zanetti M, Aging in domain growth in p. 153

3. Poccia, N., Fratini, M., Ricci, A., Campi, G., Barba, L., Vittorini-Orgeas, A., ... & Bianconi, A. Evolution and control of oxygen order in a cuprate superconductor. Nature materials, 10 (10), 733-736 (2011).

4. Ostwald, W. Lehrbuch der Allgemeinen Chemie (W. Engelmann, Leipzig, 1886), Vol. 2.

5. Streets, A. M. & Quake, S. R. Ostwald ripening of clusters during protein crystallization. Physical Review Letters 104, 178102+ (2010).

6. Chung, S.-Y., Kim, Y.-M., Kim, J.-G. & Kim, Y.-J. Multiphase transformation and Ostwald's rule of stages during crystallization of a metal phosphate. Nature Physics 5, 68-73 (2008).

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UGO FANO PRIZE 2019
for Materials Science, Light Science & Life Science

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Rome Dec 20, 2019
Venue: Marconi Hall (1st floor), CNR Headquarters, P.le A. Moro 7, 00185 Rome, Italy

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The Nobel Prize in chemistry to John B. Goodenough

In the first raw from left to rigth: Takeshi Egami, Antonio Bianconi, John Goodenough, Charles P. Slichter.

Today Oct 9, 2019 the scientific community of Superstripes is very happy for the announcement of the Nobel Prize in chemistry, to John B. Goodenough.
We all congratulate with John for the discovery of Lithium batteries but we all think that : "John finally won the prize" since he made so many other beautiful discoveries in the science of quantum materials.
John B. Goodenough with Alex K. Muller [nobel Laureate] and Lev Gor'kov [Ugo Fano Gold Medal] has partecipated at the first Stripes conference (held in 1996) and at many following Stripes and Superstripes conferences where he presented the key role of pseudo Jahn Teller polaron stripes and for new of phase segregation in perovskite high Tc superconductors.

The picture was taken at the Sripes conference held in Rome in 2004

John B. Goodenough at the first STRIPES conference 1996.

Interview with 2019 Nobel Laureate John B. Goodenough.

"SILS Lifetime Achievement Award" to Antonio Bianconi

During "3rd Joint AIC-SILS conference", Rome, June 25-28 2018, the special career "SILS Lifetime Achievement" award was given to Antonio Bianconi (RICMASS).

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Quantum Complex Matter 2018

QCM 2018 Workshop and FCMP School

JUNE 11-15, 2018, FRASCATI, ROME, ITALY

See video of the talks

3rd 2018 RICMASS Workshop

Correlated disorder in biological and complex matter

Monday 22 January 2018
RICMASS Via dei Sabelli 119 A , 00185 Rome. Italy

Program

• 10:30 Alessia Cedola, Michela Fratini (CNR- Nanotec, Sapienza University, Rome, Italy)
  Morphological and structural analysis of central nervous system with advanced x-ray imaging techniques
  
  
• 11:00 Michael Di Gioacchino (Roma Tre University, Rome, Italy)
  Correlated disorder in out-of-equilibrium myelin ultrastructure at nanoscale and mesoscale
  
  
• 11:30 Fabio Bruni  (Roma Tre University, Rome, Italy)
  Water network at a protein interface: percolation and beyond
  
  
• 12:00 Andrea Giansanti  (Sapienza University, Rome, Italy)
  Protein intrinsic disordered, hydration and food science
  
  
• 12:30 Gabriele Ciasca  (Cattolica University, Rome, Italy) to be confirmed
  Elasticity of cancer cells and tissues: from the physics laboratory to the clinical practice
  
  
• 13:00 Lunch
  
  
• 14:30 Discussion and short communications

Hot topic RICMASS workshop on

2018 Quantum Complex Matter QCM workshop on nanostructures, spin orbit coupling, Metal-to-Insulator transitions

January 4, 2018
RICMASS Via dei Sabelli 119 A , 00185 Rome. Italy

Program

• 10:30 Opening: Antonio Bianconi (Ricmass)
  Fano resonances from 1935 to 2018
  
  
• 11:00 Maria Vittoria Mazziotti (Roma Tre University)
  Fano Resonance near a Lifshitz transition in is a superlattice of weakly interacting quantum wires
  
  
• 11:30 Augusto Marcelli  (LNF, INFN Italy)
  Metallic films: conductivity properties vs. work function. New opportunities for accelerators and other technological applications
  
  
• 12:00 Nicola Poccia  (Department of Physics, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA)
  
  
  
• 12:30 Alessandra Lanzara  (Physics Department at the University of California, Berkeley and in the Materials Sciences Division at Lawrence Berkeley National Laboratory - LBNL)
  
  
  
• 13:00 Giancarlo Della Ventura  (Roma Tre University) to be confirmed
  The iron oxidation dynamics vs. temperature of a synthetic potassic-ferro-richterite
  
  
• 13:30 Lunch
  
  
• 14:30 Alessandro D'Elia (Università di Trieste & Elettra)
  Electronic and structural properties at the nanoscale across the metal-insulator transition in VO₂ thin films
  
  
• 14:45 Salvatore Macis (Universita’ di Tor Vergata, Roma)
  Deposition and characterization of MoO3 films on copper to improve accelerating technologies
  
  
• 15:10 Giannantonio Cibin  (Diamond, Oxford) to be confirmed
  
  
  
• 15:30 Michael Di Gioacchino  (Roma Tre University)
  Levy Distribution in Active matter out-of equilibrium
  
  
• Round Table

Hot topic RICMASS workshop on

Unconventional Lifshitz transitions and spin orbit coupling in non centrosymmetric structures

Friday Dec 1st 2017
RICMASS Via dei Sabelli 119 A , 00185 Rome. Italy

Program

• 10:30 Prof. Sergio Caprara (Sapienza University, Rome, Italy)
  Dynamical charge density waves rule the phase diagram of cuprates
  
  
• 11:00 Prof. Roberto Raimondi (Roma 3 University, Rome Italy)
  Spin Galvanic Effect in two-dimensional electron gases
  
  
• 11:30 Prof. Andrea Perali  (Camerino University, Camerino Italy)
  Superconductivity in a new metalorganic conductor: the case of p-terphenyl
  
  
• 12:00 Maria Vittoria Mazziotti  (Roma 3 University)
  Fano Resonance near a Lifshitz transition in is a superlattice of weakly interacting quantum wires
  
  
• 12:30 Antonio Valletta  (CNR Tor Vergata, Rome Italy)
  Band structure in a striped phase: the centrosymmetric and non centrosymmetric cases
  
  
• 13:00  Discussion and short communications, with the participation of Antonio Bianconi, Carmen Monaco, Ruben Albertini, Salvatore Macis.
  
  
• 13:30 Lunch

A SCIENTIFIC NOTE ON THE HYPERBOLIC GEOMETRY FAVORING MACROSCOPIC QUANTUM PHENOMENA AT HIGH TEMPERATURE

The picture shows the pathways of superconducting pairs running around the CDW puddles. The puddle size distribution is a power law. Between two points (black dots) there are an infinite number of pathways not only distinguished by the number of times a path goes around a single puddle, but also distinguished by the way the path is passing though the pattern of CDW puddles. This space can be mapped into a hyperbolic space

The evolution of the Universe after the Big Bang started from a disordered state of massless particles at a very high temperature. Later, with the temperature decreasing down, these particles begin to gain a mass thanks to the spontaneous symmetry breaking of Gauge symmetries. This effect, is the base for the Higgs mechanism. The massive particles form protons and neutrons and finally the atoms.

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PRESS RELEASE

The picture shows superconducting pairs running in the interstitial space between puddles of electronic crystals (yellow bubbles)

An international research team, involving researchers of RICMASS, shows that heterogeneous systems not only display fascinating phenomena such as the emergence of life made of jiggling atoms in the cell, and the self organization of social networks, bur also could favor the emergence of a macroscopic quantum coherent state of many particles at high temperature. New experimental results, published in the NATURE issue of 17 Sept 2015, show that superconductivity at high temperature takes advantage from a non Euclidean space created by intertwining of inhomogeneity of charge density wave order and material complexity.

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