Corso di laurea: Fisica Programmazione per l'A.A. 2013/2014

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Laboratorio di Astrofisica I e IIAnno di corso 2013-2014 Periodo 1 e 2 semestre Settore scientifico-disciplinare FIS/01 CFU 6 + 6 Eventuali propedeuticità: Laurea triennale in FIsica Nome del docente: Francesco Leone Obiettivi formativi: Scopo del corso Laboratorio di Astrofisica e` dare allo studente i mezzi necessari per l'utilizzo della piu` moderna strumentazione in ambiente astrofisico. Il corso prevede esperienze in ottica presso il “Laboratorio di Ottica” della Sezione Astrofisica, osservazioni con i telescopi ottici dell'Osservatorio Astrofisico di Catania (Serra La Nave) ed osservazioni con il radio telescopio dell'Istituto di Radioastronomia (Noto). In ambiente Linux, il corso prevede esercitazioni numeriche e la riduzione dei dati sia fotometrici che spettroscopici. Relativamente alle stelle verrano fornite le basi per una analisi dei dati sperimentali volta alla determinazione dei parametri fondamentali. Il corso prevede esercitazioni numeriche per la modellistica delle atmosfere stellari e la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo. Programma del corso: Introduzione: Il sistema operativo linux, Interactive Data Language, Latex. La radiazione elettromagnetica. I parametri di Stokes. L'atmosfera terrestre. Spettro di assorbimento ed emissione. Spettri Stellari: tipi spettrali e classi di luminosita`. Trasformate di Fourier. Funzione di convoluzioni, correlazione e auto-correlazione. Strumentazione: Telescopi: ottica, aberrazioni, configurazioni, montature. Telescopi per il visibile, X, ultravioletto, infrarosso e radio. Rivelatori: Segnali, segnali analogici, campionamento e digitalizzazione, teorema di Nyquist. Caratteristiche generali: corrente di oscurita`, rumore di lettura e rumore di fondo. Rivelatori nel visibile: cenni storici: lastra fotografica e fotomoltiplicatori. Bolometri. CCD. Rivelatori nel radio e micronde: ricevitori Rivelatori per raggi X e gamma. Rivelatori per raggi cosmici e neutrini. Metodi Osservativi: Imaging: Strumenti ottici per l'acquisizione di immagini. La magnitudine monocromatica. Sistemi fotometrici. Luminosita` di fondo: cielo (luna), sistema solare, galassia. Spettroscopia: Spettrografi. Teoria. Configurazioni e loro proprieta`. Acquisizione spettri al telescopio. Riduzione dei dati con IRAF. Polarimetria: Metodi per la misura del grado di polarizzazione sia lineare che circolare in astrofisica. Radioastronomia: Acquisizione dati da singola antenna e loro riduzione. Determinazione parametri stellari: I modelli di atmosfere stellari. Il codice ATLAS. Interazione radiazione materia . L'equazione del trasferimento radiativo. L'emissione continua e le righe spettrali. Il codice SYNTHE. Determinazione dei parametri stellari fondamentali dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi: velocita` radiale, velocita` di rotazione, micro e macro turbolenza. Temperature efficace, Gravita` superficiale, Abbondanze Chimiche. Attività didattiche previste: Lezioni frontali di teoria. Acqusizione di dati con i telescopi dell'Osservatorio Astrofisico di Catania e dell'Istituto di Radio Astronomia. Esercitazioni sulla riduzioni e analisi dati utilizzando i codici IRAF e IDL. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale e stesura di una relazione su una esperienza concordata. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Fino a 15 per la relazione scritta e fino a 15 per l'esame orale.
































































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTRONOMIA IAnno di corso I Periodo I semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05 Astronomia e AstrofisicaCFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Gaetano BelvedereObiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione
dei principali concetti dell’Astronomia, sia negli aspetti teorici che
osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di
deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono
all’equilibrio della struttura stellare. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita`
di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astronomici, in
termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione
necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni
richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astronomia.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione
di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle
conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata
sia nel campo dell’Astronomia che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Sfera
celeste – Moto diurno degli astri - Polo celeste – Coordinate
alto-azimutali - Altezza del Polo celeste sull’orizzonte e latitudine
geografica – Transito di un astro al meridiano – Altezza massima e
minima di un astro sull’orizzonte – Stelle circumpolari – Stelle non
visibili. Angolo orario e declinazione – Punti gamma e delta –
Precessione degli equinozi - Ascensione retta e declinazione –
Triangoli sferici e formule di passaggio dal sistema orizzontale a
quelli equatoriali e viceversa . Tempo siderale - Tempo solare medio
– Tempo solare vero – Equazione del tempo – Calcolo dell’istante di
levata, culminazione e tramonto di un astro – Calcolo delle coordinate
alto-azimutali di un astro a un dato istante - Anno siderale – Anno
tropico.Moto apparente dei pianeti – Periodo siderale e periodo sinodico – Parallasse diurna – Misura
indiretta della parallasse solare. Dinamica del punto materiale –
Dinamica dei sistemi – Leggi di conservazione – Teorema del viriale -
Leggi di Keplero – Dinamica della precessione degli equinozi. Parametri
orbitali e costanti del moto – Determinazione dell’eccentricità
dell’orbita della Terra – Effetto Doppler e aberrazione della luce –
Determinazione della velocità orbitale media della Terra. Intensità e
flusso di radiazione – Intensità media da un disco stellare – Legge
dell’inverso del quadrato della distanza – Emissione e assorbimento di
radiazione – Equazione del trasporto e sua soluzione – Equilibrio
termodinamico e corpo nero – Distribuzione di Planck. Flusso di
radiazione emesso da una stella – Magnitudini apparenti – Indici di
colore - Temperatura efficace – Temperatura di brillanza – Temperatura
dal colore – Magnitudini assolute – Luminosità stellare – Effetto
dell’assorbimento interstellare. Parallasse annua – Definizione del
parsec – Anno luce. Temperatura efficace – Flusso e luminosità – Raggio –
Massa – Gravità superficiale – Relazione massa-luminosità. Diagramma di
Hertzsprung-Russell – Spettri stellari – Diagrammi magnitudine-colore –
Classi di luminosità – Ruolo di Te e g – Parallasse spettroscopica –
Cenni di evoluzione stellare.Attività didattiche previste:Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame
orale atto a verificare la comprensione degli argomenti trattati
durante il corso e della loro interconnessione, la capacita` di
identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astronomici, la
capacità di applicare i concetti fondamentali acquisiti alla soluzione
di nuovi problemi, la capacità di comunicazione nell’ambito
dell’Astronomia.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il
voto viene attribuito in base all’esposizione durante l’esame orale
degli argomenti trattati nel corso, verificando il grado di maturazione
delle conoscenze acquisite e la capacità della loro applicazione a nuovi
problemi.


























































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICAAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05 Astronomia e AstrofisicaCFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Alessandro LanzafameSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dell’Astrofisica moderna, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali nella formazione ed evoluzione delle stelle. Comprensione critica degli aspetti teorici e osservativi alla base della interconnessione tra la Fisica Stellare, l’Astronomia Galattica e la Cosmologia.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astrofisici, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Capacita` di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell’ambito dell’interazione radiazione-materia e della fisica dei plasmi a nuovi problemi astrofisici (problem solving). Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: ATMOSFERE STELLARI. Trasporto della radiazione. Interazione radiazione-materia. Trasporto radiativo e convettivo. Modelli di atmosfera. Formazione delle righe spettrali e del continuo. Equilibrio termodinamico locale. Equilibrio statistico. Approssimazione coronale. Misure dei parametri atmosferici. Analisi chimica.FORMAZIONE DELLE STELLE. Instabilità gravitazionale. Collasso di una nube sferica. Contrazione verso la sequenza principale. Caratteristiche delle stelle di pre-sequenza principale.STRUTTURA ED EVOLUZIONE DELLE STELLE. Equazioni di struttura e loro soluzione. Teorema delle omologie. Struttura delle stelle di grande e di piccola massa. Evoluzione delle stelle di grande e di piccola massa. Stati finali dell’evoluzione stellare. FORMAZIONE ED EVOLUZIONE DELLE GALASSIE. Evoluzione delle fluttuazioni primordiali. Ruolo della materia oscura. L’Universo dopo la ricombinazione. Evoluzione delle galassie e delle galassie attive. L’evoluzione stellare e la formazione degli elementi nelle galassie.STELLAR ATMOSPHERES. Radiative transfer. Radiation-matter interaction. Radiative and convective transport. Model atmospheres. Spectral lines and continuum formation. Local thermodynamic equilibrium. Statistical equilibrium. Coronal approximation. Measurement of atmospheric parameters. Chemical analysis.STAR FORMATION. Gravitational instability. Collapse of a spherical cloud. Contraction towards the main sequence. Characteristic of pre-main sequence stars.STELLAR STRUCTURE AND EVOLUTION. Equations of stellar structure and their solution. Homology. Structure of high- and low-mass stars. Final states of stellar evolution.GALAXIES FORMATION AND EVOLUTION. Primordial fluctuation evolution. Role of the Dark Matter. The Universe after recombination. Evolution of galaxies and active galaxies. Stellar evolution and chemical element formation in galaxies.Attività didattiche previste:Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame orale atto a verificare la comprensione degli argomenti trattati durante il corso e della loro interconnessione, la capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astrofisici, la capacità di applicare i concetti fondamentali acquisiti alla soluzione di nuovi problemi, la capacità di comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il voto viene attribuito in base all’esposizione durante l’esame orale degli argomenti trattati nel corso, verificando il grado di maturazione delle conoscenze acquisite e la capacità della loro applicazione a nuovi problemi.
























































































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Corso di laurea Magistrale in Fisica (LM-17) Scheda dell’insegnamento di MAGNETOIDRODINAMICAAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05CFU 6Eventuali propedeuticità: Elettromagnetismo. Leggi di Maxwell. Forza di Lorentz. Leggi di conservazione.Electromagnetism. Maxwell’s Laws. Lorentz Force. Conservation laws.Nome del docente: Francesca ZuccarelloN.B.: Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e lo stato dell’arte di alcuni temi di Magnetoidrodinamica: conoscenza approfondita delle leggi dell’elettromagnetismo; conoscenza dei moti delle particelle in presenza di campi magnetici, elettrici o altri campi di forza; conoscenza del concetto e delle proprietà dei plasmi; approccio magnetoidrodinamico; campi magnetici congelati; conoscenza dei meccanismi di riconnessione magnetica in 2D e 3D; conoscenza delle teorie dinamo.The course is aimed at providing the student the basic knowledge and the state of the art of some topics in Magnetohydrodynamics: deepened knowledge of laws of electromagnetism; knowledge of the motions of charged particles in presence of magnetic, electric or other force fields; knowledge of the concept and properties of plasma; magnetohydrodynamics approach; frozen magnetic fields; knowledge of 2D and 3D reconnection mechanisms; knowledge of dynamo theories.Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei principali concetti alla base della Magnetoidrodinamica (MHD). Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nei plasmi in presenza di campi elettromagnetici esterni.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni MHD, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacita` di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell’ambito dell’interazione particelle-campi elettromagnetici e della fisica dei plasmi a nuovi problemi (problem solving) e diversi contesti astrofisici. Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito della MHD e della fisica dei plasmi.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conosceze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica dei plasmi e della MHD che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Il campo elettromagnetico. Campo magnetico potenziale. Il potenziale elettrico scalare. Legge dellainduzione di Faraday. Campo magnetico di dipolo. Il campo magnetico interplanetario. Il campo elettrico indotto. Definizione di plasma. Concetto di temperatura di un plasma. Distanza schermo di Debye. Le oscillazioni del plasma. Diffusione in un plasma debolmente ionizzato. Diffusione in un plasma altamente ionizzato. Plasmi collisionali e non.collisionali Fasce di radiazione (di Van Allen). Forza di Lorentz. Moto delle particelle e moto del centro di guida. Moto di una particella in un campo magnetico costante. Momento magnetico. Punti specchio. Invarianti adiabatici. Punti di vista Euleriano e Lagrangiano. Forze agenti su un fluido. Equazione di continuità. Equazione del moto. Equazione di conservazione dell’energia. Sistema di equazioni della MHD. Equazione dell’induzione. Numero di Reynolds magnetico. Decadimento del campo magnetico in assenza di moto. Evoluzione del campo magnetico in presenza di moto del fluido e con una conduttività infinita. Legge di conservazione del flusso magnetico. Legge del congelamento magnetico. Punti neutri. Current sheet. Riconnessione magnetica. Meccanismo dinamo Onde: Equazioni di base. Modi fondamentali. Onde acustiche. Onde magnetiche. Onde di gravità. Onde magnetoacustiche. Onde di shock. Program of the course:The electromagnetic field. Potential magnetic field. The scalar electric potential. Faraday inductionequation. Magnetic dipole field. The interplanetary magnetic field. The induced electric field. Plasma definition. Concept of temperature of a plasma. Debye distance. The oscillations of the plasma. Diffusion in a weakly ionized plasma. Diffusion in a highly ionized plasma. Collisional and non-collisional plasma. Van Allen Radiation belts. Lorentz force. Motion of particles and motion of the guiding center. Motion of a particle in a constant magnetic field. Magnetic moment. Mirror points. Adiabatic invariants. Eulerian and Lagrangian points of view. Forces acting on a fluid. Continuity equation. Equation of motion. Equation of energy conservation. System of equations of the MHD. Induction equation. Magnetic Reynolds number. Decay of the magnetic field in absence of motion. Evolution of the magnetic field in presence of motion of the fluid and with an infinite conductivity. Conservation law of the magnetic flux. Law of the frozen magnetic field. Neutral points. Current sheets. Magnetic reconnection. Dynamo mechanism. Waves: basic equations. Fundamental modes. Acoustic waves. Magnetic waves. Waves of gravity. Magnetoacustic waves. Shock waves.Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale: Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Laboratorio di Astrofisica I e IIAnno di corso 2013-2014 Periodo 1 e 2 semestre Settore scientifico-disciplinare FIS/01 CFU 6 + 6 Eventuali propedeuticità: Laurea triennale in FIsica Nome del docente: Francesco Leone Obiettivi formativi: Scopo del corso Laboratorio di Astrofisica e` dare allo studente i mezzi necessari per l'utilizzo della piu` moderna strumentazione in ambiente astrofisico. Il corso prevede esperienze in ottica presso il “Laboratorio di Ottica” della Sezione Astrofisica, osservazioni con i telescopi ottici dell'Osservatorio Astrofisico di Catania (Serra La Nave) ed osservazioni con il radio telescopio dell'Istituto di Radioastronomia (Noto). In ambiente Linux, il corso prevede esercitazioni numeriche e la riduzione dei dati sia fotometrici che spettroscopici. Relativamente alle stelle verrano fornite le basi per una analisi dei dati sperimentali volta alla determinazione dei parametri fondamentali. Il corso prevede esercitazioni numeriche per la modellistica delle atmosfere stellari e la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo. Programma del corso: Introduzione: Il sistema operativo linux, Interactive Data Language, Latex. La radiazione elettromagnetica. I parametri di Stokes. L'atmosfera terrestre. Spettro di assorbimento ed emissione. Spettri Stellari: tipi spettrali e classi di luminosita`. Trasformate di Fourier. Funzione di convoluzioni, correlazione e auto-correlazione. Strumentazione: Telescopi: ottica, aberrazioni, configurazioni, montature. Telescopi per il visibile, X, ultravioletto, infrarosso e radio. Rivelatori: Segnali, segnali analogici, campionamento e digitalizzazione, teorema di Nyquist. Caratteristiche generali: corrente di oscurita`, rumore di lettura e rumore di fondo. Rivelatori nel visibile: cenni storici: lastra fotografica e fotomoltiplicatori. Bolometri. CCD. Rivelatori nel radio e micronde: ricevitori Rivelatori per raggi X e gamma. Rivelatori per raggi cosmici e neutrini. Metodi Osservativi: Imaging: Strumenti ottici per l'acquisizione di immagini. La magnitudine monocromatica. Sistemi fotometrici. Luminosita` di fondo: cielo (luna), sistema solare, galassia. Spettroscopia: Spettrografi. Teoria. Configurazioni e loro proprieta`. Acquisizione spettri al telescopio. Riduzione dei dati con IRAF. Polarimetria: Metodi per la misura del grado di polarizzazione sia lineare che circolare in astrofisica. Radioastronomia: Acquisizione dati da singola antenna e loro riduzione. Determinazione parametri stellari: I modelli di atmosfere stellari. Il codice ATLAS. Interazione radiazione materia . L'equazione del trasferimento radiativo. L'emissione continua e le righe spettrali. Il codice SYNTHE. Determinazione dei parametri stellari fondamentali dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi: velocita` radiale, velocita` di rotazione, micro e macro turbolenza. Temperature efficace, Gravita` superficiale, Abbondanze Chimiche. Attività didattiche previste: Lezioni frontali di teoria. Acqusizione di dati con i telescopi dell'Osservatorio Astrofisico di Catania e dell'Istituto di Radio Astronomia. Esercitazioni sulla riduzioni e analisi dati utilizzando i codici IRAF e IDL. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale e stesura di una relazione su una esperienza concordata. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Fino a 15 per la relazione scritta e fino a 15 per l'esame orale.
































































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTRONOMIA IAnno di corso I Periodo I semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05 Astronomia e AstrofisicaCFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Gaetano BelvedereObiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione
dei principali concetti dell’Astronomia, sia negli aspetti teorici che
osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di
deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono
all’equilibrio della struttura stellare. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita`
di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astronomici, in
termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione
necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni
richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astronomia.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione
di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle
conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata
sia nel campo dell’Astronomia che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Sfera
celeste – Moto diurno degli astri - Polo celeste – Coordinate
alto-azimutali - Altezza del Polo celeste sull’orizzonte e latitudine
geografica – Transito di un astro al meridiano – Altezza massima e
minima di un astro sull’orizzonte – Stelle circumpolari – Stelle non
visibili. Angolo orario e declinazione – Punti gamma e delta –
Precessione degli equinozi - Ascensione retta e declinazione –
Triangoli sferici e formule di passaggio dal sistema orizzontale a
quelli equatoriali e viceversa . Tempo siderale - Tempo solare medio
– Tempo solare vero – Equazione del tempo – Calcolo dell’istante di
levata, culminazione e tramonto di un astro – Calcolo delle coordinate
alto-azimutali di un astro a un dato istante - Anno siderale – Anno
tropico.Moto apparente dei pianeti – Periodo siderale e periodo sinodico – Parallasse diurna – Misura
indiretta della parallasse solare. Dinamica del punto materiale –
Dinamica dei sistemi – Leggi di conservazione – Teorema del viriale -
Leggi di Keplero – Dinamica della precessione degli equinozi. Parametri
orbitali e costanti del moto – Determinazione dell’eccentricità
dell’orbita della Terra – Effetto Doppler e aberrazione della luce –
Determinazione della velocità orbitale media della Terra. Intensità e
flusso di radiazione – Intensità media da un disco stellare – Legge
dell’inverso del quadrato della distanza – Emissione e assorbimento di
radiazione – Equazione del trasporto e sua soluzione – Equilibrio
termodinamico e corpo nero – Distribuzione di Planck. Flusso di
radiazione emesso da una stella – Magnitudini apparenti – Indici di
colore - Temperatura efficace – Temperatura di brillanza – Temperatura
dal colore – Magnitudini assolute – Luminosità stellare – Effetto
dell’assorbimento interstellare. Parallasse annua – Definizione del
parsec – Anno luce. Temperatura efficace – Flusso e luminosità – Raggio –
Massa – Gravità superficiale – Relazione massa-luminosità. Diagramma di
Hertzsprung-Russell – Spettri stellari – Diagrammi magnitudine-colore –
Classi di luminosità – Ruolo di Te e g – Parallasse spettroscopica –
Cenni di evoluzione stellare.Attività didattiche previste:Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame
orale atto a verificare la comprensione degli argomenti trattati
durante il corso e della loro interconnessione, la capacita` di
identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astronomici, la
capacità di applicare i concetti fondamentali acquisiti alla soluzione
di nuovi problemi, la capacità di comunicazione nell’ambito
dell’Astronomia.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il
voto viene attribuito in base all’esposizione durante l’esame orale
degli argomenti trattati nel corso, verificando il grado di maturazione
delle conoscenze acquisite e la capacità della loro applicazione a nuovi
problemi.


























































































Priority="73" SemiHidden="fa

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICAAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05 Astronomia e AstrofisicaCFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Alessandro LanzafameSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dell’Astrofisica moderna, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali nella formazione ed evoluzione delle stelle. Comprensione critica degli aspetti teorici e osservativi alla base della interconnessione tra la Fisica Stellare, l’Astronomia Galattica e la Cosmologia.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astrofisici, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Capacita` di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell’ambito dell’interazione radiazione-materia e della fisica dei plasmi a nuovi problemi astrofisici (problem solving). Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: ATMOSFERE STELLARI. Trasporto della radiazione. Interazione radiazione-materia. Trasporto radiativo e convettivo. Modelli di atmosfera. Formazione delle righe spettrali e del continuo. Equilibrio termodinamico locale. Equilibrio statistico. Approssimazione coronale. Misure dei parametri atmosferici. Analisi chimica.FORMAZIONE DELLE STELLE. Instabilità gravitazionale. Collasso di una nube sferica. Contrazione verso la sequenza principale. Caratteristiche delle stelle di pre-sequenza principale.STRUTTURA ED EVOLUZIONE DELLE STELLE. Equazioni di struttura e loro soluzione. Teorema delle omologie. Struttura delle stelle di grande e di piccola massa. Evoluzione delle stelle di grande e di piccola massa. Stati finali dell’evoluzione stellare. FORMAZIONE ED EVOLUZIONE DELLE GALASSIE. Evoluzione delle fluttuazioni primordiali. Ruolo della materia oscura. L’Universo dopo la ricombinazione. Evoluzione delle galassie e delle galassie attive. L’evoluzione stellare e la formazione degli elementi nelle galassie.STELLAR ATMOSPHERES. Radiative transfer. Radiation-matter interaction. Radiative and convective transport. Model atmospheres. Spectral lines and continuum formation. Local thermodynamic equilibrium. Statistical equilibrium. Coronal approximation. Measurement of atmospheric parameters. Chemical analysis.STAR FORMATION. Gravitational instability. Collapse of a spherical cloud. Contraction towards the main sequence. Characteristic of pre-main sequence stars.STELLAR STRUCTURE AND EVOLUTION. Equations of stellar structure and their solution. Homology. Structure of high- and low-mass stars. Final states of stellar evolution.GALAXIES FORMATION AND EVOLUTION. Primordial fluctuation evolution. Role of the Dark Matter. The Universe after recombination. Evolution of galaxies and active galaxies. Stellar evolution and chemical element formation in galaxies.Attività didattiche previste:Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame orale atto a verificare la comprensione degli argomenti trattati durante il corso e della loro interconnessione, la capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni Astrofisici, la capacità di applicare i concetti fondamentali acquisiti alla soluzione di nuovi problemi, la capacità di comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il voto viene attribuito in base all’esposizione durante l’esame orale degli argomenti trattati nel corso, verificando il grado di maturazione delle conoscenze acquisite e la capacità della loro applicazione a nuovi problemi.
























































































Priority

Corso di laurea Magistrale in Fisica (LM-17) Scheda dell’insegnamento di MAGNETOIDRODINAMICAAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05CFU 6Eventuali propedeuticità: Elettromagnetismo. Leggi di Maxwell. Forza di Lorentz. Leggi di conservazione.Electromagnetism. Maxwell’s Laws. Lorentz Force. Conservation laws.Nome del docente: Francesca ZuccarelloN.B.: Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e lo stato dell’arte di alcuni temi di Magnetoidrodinamica: conoscenza approfondita delle leggi dell’elettromagnetismo; conoscenza dei moti delle particelle in presenza di campi magnetici, elettrici o altri campi di forza; conoscenza del concetto e delle proprietà dei plasmi; approccio magnetoidrodinamico; campi magnetici congelati; conoscenza dei meccanismi di riconnessione magnetica in 2D e 3D; conoscenza delle teorie dinamo.The course is aimed at providing the student the basic knowledge and the state of the art of some topics in Magnetohydrodynamics: deepened knowledge of laws of electromagnetism; knowledge of the motions of charged particles in presence of magnetic, electric or other force fields; knowledge of the concept and properties of plasma; magnetohydrodynamics approach; frozen magnetic fields; knowledge of 2D and 3D reconnection mechanisms; knowledge of dynamo theories.Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei principali concetti alla base della Magnetoidrodinamica (MHD). Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nei plasmi in presenza di campi elettromagnetici esterni.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni MHD, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacita` di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell’ambito dell’interazione particelle-campi elettromagnetici e della fisica dei plasmi a nuovi problemi (problem solving) e diversi contesti astrofisici. Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito della MHD e della fisica dei plasmi.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conosceze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica dei plasmi e della MHD che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Il campo elettromagnetico. Campo magnetico potenziale. Il potenziale elettrico scalare. Legge dellainduzione di Faraday. Campo magnetico di dipolo. Il campo magnetico interplanetario. Il campo elettrico indotto. Definizione di plasma. Concetto di temperatura di un plasma. Distanza schermo di Debye. Le oscillazioni del plasma. Diffusione in un plasma debolmente ionizzato. Diffusione in un plasma altamente ionizzato. Plasmi collisionali e non.collisionali Fasce di radiazione (di Van Allen). Forza di Lorentz. Moto delle particelle e moto del centro di guida. Moto di una particella in un campo magnetico costante. Momento magnetico. Punti specchio. Invarianti adiabatici. Punti di vista Euleriano e Lagrangiano. Forze agenti su un fluido. Equazione di continuità. Equazione del moto. Equazione di conservazione dell’energia. Sistema di equazioni della MHD. Equazione dell’induzione. Numero di Reynolds magnetico. Decadimento del campo magnetico in assenza di moto. Evoluzione del campo magnetico in presenza di moto del fluido e con una conduttività infinita. Legge di conservazione del flusso magnetico. Legge del congelamento magnetico. Punti neutri. Current sheet. Riconnessione magnetica. Meccanismo dinamo Onde: Equazioni di base. Modi fondamentali. Onde acustiche. Onde magnetiche. Onde di gravità. Onde magnetoacustiche. Onde di shock. Program of the course:The electromagnetic field. Potential magnetic field. The scalar electric potential. Faraday inductionequation. Magnetic dipole field. The interplanetary magnetic field. The induced electric field. Plasma definition. Concept of temperature of a plasma. Debye distance. The oscillations of the plasma. Diffusion in a weakly ionized plasma. Diffusion in a highly ionized plasma. Collisional and non-collisional plasma. Van Allen Radiation belts. Lorentz force. Motion of particles and motion of the guiding center. Motion of a particle in a constant magnetic field. Magnetic moment. Mirror points. Adiabatic invariants. Eulerian and Lagrangian points of view. Forces acting on a fluid. Continuity equation. Equation of motion. Equation of energy conservation. System of equations of the MHD. Induction equation. Magnetic Reynolds number. Decay of the magnetic field in absence of motion. Evolution of the magnetic field in presence of motion of the fluid and with an infinite conductivity. Conservation law of the magnetic flux. Law of the frozen magnetic field. Neutral points. Current sheets. Magnetic reconnection. Dynamo mechanism. Waves: basic equations. Fundamental modes. Acoustic waves. Magnetic waves. Waves of gravity. Magnetoacustic waves. Shock waves.Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale: Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Corso di laurea Magistrale in Fisica (LM-17) Scheda dell’insegnamento di FISICA SOLAREAnno di corso II Periodo I SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/05CFU 6Eventuali propedeuticità: Elettromagnetismo. Leggi di Maxwell. Forza di Lorentz. Fisica nucleare. Teoria della interazione fra materia e radiazione. Legge dell’induzione del campo magnetico. Congelamento magnetico. Riconnessione magneticaNome del docente: Francesca ZuccarelloN.B.: Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone di fornire allo studente gli elementi di base e lo stato dell’arte delle conoscenze della Fisica Solare: conoscenza delle metodologie di indagine utilizzate per lo studio dell’interno del Sole e della sua atmosfera; conoscenza dei meccanismi di interazione fra il plasma e i campi magnetici localizzati; applicazione del concetto di riconnessione magnetica allo studio dei fenomeni transienti che si verificano nell’atmosfera solare; conoscenza dei meccanismi di interazione fra plasmi magnetizzati e magnetosfera terrestre nell’ambito dello Space Weather.Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei principali fenomeni che si verificano nel Sole. Comprensione dei metodi di indagine dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nel plasma solare in presenza di campi magnetici.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacità di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni MHD, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute nell’ambito dell’interazione plasmi – campi magnetici a nuovi problemi (problem solving) e in diversi contesti astrofisici. Abilità comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica Solare e della fisica dei plasmi.Capacità di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conosceze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica dei plasmi e della Fisica Solare che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Interno del Sole: nucleo, zona radiativa, zona convettiva. Atmosfera solare : fotosfera, cromosfera, regione di transizione, corona. Rotazione differenziale. Strutture magnetiche presenti nell’atmosferasolare: regioni attive, macchie, facole, protuberanze, loop. Buchi coronali. Vento solare. Tecniche di osservazione dei diversi strati dell’atmosfera solare. Telescopi solari. Spettrografi. Filtri. Metodi di riduzione. Modello solare standard. Reazioni di fusione nucleare. Misura del flusso di neutrini solari. Eliosismologia. Oscillazioni come mezzo diagnostico della struttura e della dinamica interne del Sole. Emersione di flusso magnetico nell’atmosfera solare. Formazione delle regioni attive. Macchie solari: caratteristiche fisiche e morfologiche. Ciclo undecennale di attività solare. Cenni sul modello dinamo. Riscaldamento cromosferico-coronale. Flare: caratteristiche osservative. Coronal Mass Ejection. Space WeatherAttività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale: Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di:FISICA DELLO SPAZIOAnno di corso III anno Periodo:II semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/01CFU:6Eventuali propedeuticità: Laurea triennaleNome del docente:Valerio PirronelloN.B.: se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi:Il corso si propone di fornire allo studente lo stato dell’arte della ricerca osservativa, teorica e sperimentale relativa ad alcuni processi di interazione delle componenti gassosa e solida tra loro e con il campo di radiazione nel Mezzo Interstellare; particolare attenzione viene dedicata ai processi di formazione e di distruzione di alcune specie molecolari chiave che regolano la formazione delle stelle. Alcuni effetti della generazione e propagazione di onde d’urto nel Mezzo Interstellare vengono affrontati quantitativamente nell’ambito dello studio della interazione tra stelle e mezzo interstellare.Programma del corso: 1 – Il mezzo interstellareEvidenze osservative della presenza del mezzo interstellare – Distribuzione del mezzo interstellare nella Galassia - Struttura multifase del mezzo interstellare – Nubi dense e molecolari – Nubi diffuse – Mezzo internubi – Gas coronale – Processi di raffreddamento e di riscaldamento delle nubi.2 – Il gas interstellareEvidenze osservative – Composizione – Componente atomica e componente molecolare – Le specie più importanti: H, H2, H2O, CO, CO2 ecc. – Idrocarburi policiclici aromatici – Fullereni.3 – Le polveri interstellariEvidenze osservative della presenza di polveri interstellari – Abbondanza delle polveri – Composizione – Distribuzione in dimensioni dei grani interstellari – Morfologia – Importanza della presenza delle polveri – I mantelli ghiacciati sui grani – Siti di formazione dei grani interstellari. 4 – Processi fisico-chimiciReazioni in fase gassosa ed arricchimento chimico delle nubi – Interazione gas-polveri – I grani delle polveri come catalizzatori – Tecniche sperimentali di investigazione delle reazioni catalizzate sulla superficie dei grani.5 – I raggi cosmici Composizione – Distribuzione in energia – Propagazione all’interno dell’eliosfera – Meccanismi di accelerazione – Interazione dei raggi cosmici con i grani del mezzo interstellare – Tecniche sperimentali di investigazione dei processi chimico-fisici indotti dai raggi cosmici.6 – Formazione delle stelleIl criterio di Jeans per il collasso gravitazionale delle nubi interstellari – Frammentazione delle nubi – Formazione delle stelle.7 – Interazione tra stelle e mezzo interstellare Sfere di Stroemgren – Generazione e propagazione di onde d’urto nel mezzo interstellare – Photon Dominated Regions (PDR).Syllabus of the Course (if held in English)1 – The Interstellar Medium (ISM)Observational evidences of the presence of the ISM – Distribution of the ISM in the Galaxy – Multiphase strutture of the ISM – Dense and molecular clouds – Diffuse clouds – Intercloud Medium – Coronal gas – Cooling and heating processes of clouds.2 – Interstellar GasObservational evidences – Composition – Atomic and molecular components – The most important species: H, H2, H2O, CO, CO2 ecc. – Polyciclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) – Fullerens.3 – Interstellar DustObservational evidences of the presence of interstellar dust grains – Abundance of dust – Composition – Size distribution of interstellar grains – Morphology – Importance of the presence of dust – Icy mantles on grains – Formation sites of interstellar grains. 4 – Physico-chemical ProcessesGas phase reactions and chemical enrichment of interstellar clouds – Gas-dust interaction – Interstellar grain acting as catalysts – Experimental techniques for the investigation of physico-chemical reactions catalyzed on the surface of interstellar grains.5 – Cosmic RaysComposition – Energy distribution – Propagation inside the Heliosphere – Acceleration Mechanisms – Interaction of cosmic rays with interstellar grains – Experimental techniques for the investigation of physico-chemical processes induced by cosmic rays.6 – Star FormationThe Jeans criterion for the gravitational collapse of interstellar clouds – Fragmentation of self gravitating clouds – Star formation.7 – Interaction among stars and the ISM Stroemgren spheres – Generation and propagation of shock waves in the ISM – Photon Dominated Regions (PDR).Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacita’ di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di proporre possibili progetti di ricerca alla luce delle conoscenze acquisite.Criteri per l’attribuzione del voto finale: Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la abilita’ nel suggerire possibili temi di ricerca correlati con tali argomenti.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Fisica dell’AmbienteAnno di corso I Periodo I SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS-07CFU: 6Eventuali propedeuticità: Nome del docente Giuseppina IMME’ Obiettivi formativi: Il corso intende fornire conoscenze approfondite su tematiche di fisica applicata all’ambiente, in vari ambiti. Saranno sviluppate capacità di studio autonomo attraverso anche l'applicazione di capacità di soluzione di problemi in diversi contesti. Sarà data occasione di sviluppare le capacità di comunicazione delle conoscenze acquisite, in particolare nelle tematiche relative all’ambiente e di collegarle con le questioni che in quest’ambito la società si pone.Saranno altresì costruite solide basi per proseguire gli studi in dottorati di ricerca o master di secondo livello o scuole di specializzazione.Programma del corso: FISICA DELL’ATMOSFERAComposizione e struttura dell’atmosfera. Grandezze caratteristiche: temperatura, pressione e umidità e loro profilo verticale. Ionosfera e ozonosfera e loro rilevanza ambientale. Buco dell’ozono.Termodinamica dell’atmosfera. Radiazione da corpo nero e sue leggi. Lo spettro della radiazione solare. Il sole come corpo nero. Radiazione atmosferica. Radiazione terrestre. Bilancio termico terra-sole attraverso l’atmosfera. Effetto serra. La radiazione solare e l’interazione con l’atmosfera: metodi e strumenti di misura. Spettroscopia ambientale. Correzioni atmosferiche di segnali GPS per lo studio delle deformazioni del suolo. Dinamica dell’atmosfera. Stabilità e instabilità atmosferica. Inversioni termiche. Flusso laminare e flusso turbolento. La circolazione atmosferica. Strato limite planetario (PBL). Venti. Vento geostrofico. Turbolenze. Inquinamento atmosferico. Trasporto e dispersione di inquinanti in atmosfera: il caso delle polveri vulcaniche. Modelli di diffusione. Modello Gaussiano.INQUINAMENTO ACUSTICORichiami di acustica. Analisi di Fourier. Rumore acustico. Valutazione dell'inquinamento acustico Percezione umana e curve isofoniche. Valutazioni di impatto ambientale Riduzione della trasmissione del suono. Controllo attivo del suono.INQUINAMENTO ELETTROMAGNETICOSpettro EM. CEM e interazione con i materiali, schermature, misure. Interazione dei CEM con la materia vivente: meccanismi di interazione. Caratteristiche elettriche dei tessuti biologici. Effetti dell’assorbimento di energia e.m. e risposta dell’organismo.FONTI ENERGETICHELa questione ambientale e l’approvvigionamento energetico. Combustibile fossile. Energia nucleare e sicurezza. Energia dal sole e dal vento. Energia idroelettrica e geotermica.Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Colloquio orale sulle tematiche affrontate in aula, al fine di mettere in evidenza sia le conoscenze acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Saranno valutate sia le conoscenze disciplinari acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Laboratorio di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: Primo Periodo: Primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS01CFU: 6Eventuali propedeuticità: nessunaNome del docente: Giuseppe PolitiObiettivi formativi:Approfondire la conoscenza dello studente delle varie metodologie di rivelazione di particelle e di analisi dati tipicamente utilizzati nell’ambito della fisica nucleare e subnucleare.Sviluppare la capacità di utilizzare in modo indipendente strumentazione caratteristica della fisica nucleare e subnucleare, per poter poi assemblare e mettere in opera varie esperienze di laboratorio, con relativa acquisizione dei dati e successiva analisi finale dei risultati.Programma del corso: Richiami alla interazione Radiazione Materia Particelle cariche leggere e pesanti: perdita specifica d’energia, range, programmi di calcolo. Effetto Cherenkov. Radiazione di Transizione. Fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Sciami elettromagnetici. Interazione dei neutroni. Sciami adronici Richiami alle caratteristiche generali dei rivelatori Modi operativi. Funzione di risposta e calibrazione. Risoluzione energetica. Risposta e risoluzione temporale. Tempo morto. Efficienze di rivelazione. Misure di attività di sorgenti. Rivelatori a gasRichiami ai principi e regimi di funzionamento. Camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger. Multi Wire Proportional Chamber. Microstrip Gas Chamber. Camera a deriva. Resistive Plate Chamber. Gas Electron multiplier. Time Projection Chamber. Problematiche dei rivelatori a gas. Camere a ionizzazione con liquidi. Rivelatori a scintillazioneScintillatori organici ed inorganici: meccanismi e caratteristiche di emissione. Luce Cherenkov. Raccolta della luce. Fibre scintillanti. Wave Length Shifter. Fotomoltiplicatori, fotodiodi ed altri strumenti per la lettura della luce.Rivelatori a stato solidoProprietà dei semiconduttori, drogaggio, giunzione pn. Rivelatori al Silicio. Rivelatori a deriva di litio. Rivelatori al Germanio, rivelatori segmentati. Rivelatori a deriva. Rivelatori a strip. Rivelatori a pixel. Danni da radiazioni. Metodologie di rivelazione ed identificazioneRivelazione e spettrometria dei fotoni, soppressione compton, correzione doppler. Rivelazione e spettrometria di neutroni lenti e veloci. Identificazione in carica e massa mediante telescopi. Misura del tempo di volo ed identificazione in massa. Discriminazione in forma dei segnali di varie tipologie di rivelatori. Misura dell’impulso ed identificazione mediante deflessione magnetica. Principi di identificazione negli esperimenti di alta energia. Transition Radiation detector. Calorimetri. Programmi Monte Carlo di simulazione dei fenomeni di rivelazione.Elettronica Caratteristiche e trasporto dei segnali analogici. Modulistica per il trattamento dei segnali analogici: preamplificatori, amplificatori, discriminatori, convertitori analogico-digitali. Caratteristiche dei segnali logici e loro manipolazione. Modulistica varia per la fisica nucleare. Elettronica integrata. Digitalizzazione e campionamento dei segnali. Acquisizione dati Sistemi monoparametrici di acquisizione. Sistemi di Trigger. Sistemi multiparametrici di acquisizione: Camac, VME. Programmi di acquisizione e gestione dei dati on-line. Programmi di analisi dati: PAW, ROOT. Esperienze di laboratorio:Identificazione in carica dei prodotti di reazione mediante telescopio gas-silicio.Misura della radioattività ambientale e della radioattività di vari campioni mediante spettroscopia X e gamma con rivelatore ad alta risoluzione. Misura del tempo di volo con rivelatore al silicio e rivelatore a placche di microcanali Misure con i raggi cosmici. Misure di coincidenze tra gamma da sorgente. Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aula Esercitazioni in aula Esercitazioni in laboratorio sotto la guida del docente Esercitazioni in laboratorio con sola supervisione del docenteMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Osservazione dell’attività svolta dallo studente in laboratorio durante le esercitazioni perverificare le capacità di portare avanti un’esperienza di laboratorio.Valutazione dell’elaborato finale prodotto dallo studente su una specifica esperienza di laboratorio.Esame orale finale sui contenuti dell’elaborato e su tutto il programma svolto nelle lezioni frontali. Criteri per l’attribuzione del voto finale:Valutazione incrociata delle capacità mostrate dallo studente nelle attività di laboratorio e delle nozioni apprese dalle lezioni frontali.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Analisi per Immagini e ColorimetriaAnno di corso 1 Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/07CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente: GUELI Anna MariaObiettivi formativi:Conoscere i principi fisici alla base delle principali tecniche di imaging nonché le informazioni ottenibili da ognuna di esse con particolare attenzione ai limiti e alle potenzialità di ognuna. Conoscere le basi della teoria del colore e delle principali metodologie di rappresentazione e specificazione dello stesso a seconda delle applicazioni.Programma del corso:PARTE GENERALE: Interazione radiazione – materia. Rivelatori e tecniche analitiche per acquisizione di immagini. Rappresentazioni di segnali e immagini. Immagini digitali. Elaborazione di immagini. Archiviazione. Tecniche di stampa. Sistemi di visualizzazione.TECNICHE DI IMAGING: Microscopia elettronica. Imaging multispettrale IR-vis-UV. Radiografia X. Tomografia Assiale. Tecniche di Risonanza Magnetica. Imaging in Medicina Nucleare. Immagini in dosimetria: film radiocromici e rivelatori a matrice.COLORE E COLORIMETRIA: Elementi di ottica per la misura e la specificazione del colore. Fisiologia della visione e percezione del colore. Fotometria e basi della colorimetria. Proprietà ottiche dei corpi non autoluminosi. Rappresentazione del colore. Specificazione del colore.Attività didattiche previste:Lezioni Frontali, Esercitazioni in Aula e in Laboratorio. Lavori di gruppo.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifiche in itinere, Affiancamento durante le esercitazioni, Esame scritto sottoforma di test con domande a scelta multiple e domande aperte, Esame Orale.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Nel corso dell’esame orale verrà valutato il raggiungimento degli obiettivi formativi previsti attraverso domande riguardanti l’intero programma. Il voto finale verrà attribuito tenendo conto anche del risultato conseguito nella prova scritta e della relativa discussione della stessa in sede di colloquio orale. Saranno altresì valutati l’interesse e il coinvolgimento mostrato dallo studente durante tutte le attività didattiche.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di RADIOATTIVITA’ AMBIENTALEAnno di corso I Periodo II Settore scientifico-disciplinare FIS-07 CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Giuseppina IMME’Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi:Il corso intende fornire conoscenze approfondite, teoriche e sperimentali, su tematiche relative alla Radioattività ambientale e ai fenomeni nucleari in ambiente terrestre. Saranno sviluppate capacità di studio autonomo attraverso anche l'applicazione di capacità di soluzione di problemi in diversi contesti. Sarà data occasione di sviluppare le capacità di comunicazione delle conoscenze acquisite, in particolare nelle tematiche relative all’inquinamento ambientale e ai rischi da radiazioni ionizzanti e di collegarle con le questioni che in quest’ambito la società si pone.Saranno altresì costruite solide basi per proseguire gli studi in dottorati di ricerca o master di secondo livello o scuole di specializzazione.Programma del corso: RADIOATTIVITA’ AMBIENTALE Radiazioni direttamente e indirettamente ionizzanti. Richiami sul decadimento radioattivo. Catene naturali di decadimento ed equilibrio radioattivo. Sorgenti radioattive naturali e antropiche. Sorgenti extraterrestri, radiazioni cosmiche. Radioattività nello spazio. Radioattività terrestre: Radionuclidi in matrici ambientali. Radon: sorgenti e meccanismi di trasporto. Radon ed eventi geodinamici. Tecniche nucleari per studi geofisici.DOSIMETRIA E RADIOPROTEZIONE Attività e rate di emissione. Grandezze radiometriche. Interazione radiazione-materia. Quantità dosimetriche. Interazione delle radiazioni ionizzanti con materiale biologico. Effetti delle radiazioni. Limiti di dose. Elementi di radioprotezione. Schermaggio radioattivo. Applicazioni delle radiazioni.ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY Directly and indirectly ionizing radiation. Radioactive decay and natural decay chains. Natural and man-made radiation sources. Extra-terrestrial and terrestrial Radioactivity. Terrestrial radionuclides in environmental matrices. Radon: sources and transport mechanisms. Radon and geodynamic events. Nuclear techniques for geophysical studies.DOSIMETRY AND RADIOPROTECTION Activities and rate of emission. Radiometric quantities. Radiation-matter interaction. Dosimetric quantities. Interaction of ionizing radiation with biological material. Effects of radiation. Dose limits. Elements of radiation protection. Radioactive shielding. Applications of radiation.Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Colloquio orale sulle tematiche affrontate in aula, volto ad accertare non solo le conoscenze acquisite ma anche le capacità di ragionamento autonomo e critico.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Saranno valutate sia le conoscenze disciplinari acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Campi elettromagneticiAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Barbarino SebastianoObiettivi formativi: Conoscenza approfondita dell’Elettromagnetismo avanzatoProgramma del corso: Equazioni di Maxwell nella materia – Teoremi fondamentali dell’elettromagnetismo – Trasformazioni relativistiche dei Campi – Equazione delle onde elettromagnetiche – Propagazione delle onde piane in mezzi dielettrici e in mezzi conduttori – Polarizzazione delle onde - Riflessione e rifrazione delle onde piane – Propagazione di onde piane in un plasma – Propagazione di onde piane in mezzi anisotropi: Plasma magnetizzato e Ferrite magnetizzata – Effetto Magnetoottico – Attività ottica – Propagazione nei cristalli.Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Fisica dell’AmbienteAnno di corso I Periodo I SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS-07CFU: 6Eventuali propedeuticità: Nome del docente Giuseppina IMME’ Obiettivi formativi: Il corso intende fornire conoscenze approfondite su tematiche di fisica applicata all’ambiente, in vari ambiti. Saranno sviluppate capacità di studio autonomo attraverso anche l'applicazione di capacità di soluzione di problemi in diversi contesti. Sarà data occasione di sviluppare le capacità di comunicazione delle conoscenze acquisite, in particolare nelle tematiche relative all’ambiente e di collegarle con le questioni che in quest’ambito la società si pone.Saranno altresì costruite solide basi per proseguire gli studi in dottorati di ricerca o master di secondo livello o scuole di specializzazione.Programma del corso: FISICA DELL’ATMOSFERAComposizione e struttura dell’atmosfera. Grandezze caratteristiche: temperatura, pressione e umidità e loro profilo verticale. Ionosfera e ozonosfera e loro rilevanza ambientale. Buco dell’ozono.Termodinamica dell’atmosfera. Radiazione da corpo nero e sue leggi. Lo spettro della radiazione solare. Il sole come corpo nero. Radiazione atmosferica. Radiazione terrestre. Bilancio termico terra-sole attraverso l’atmosfera. Effetto serra. La radiazione solare e l’interazione con l’atmosfera: metodi e strumenti di misura. Spettroscopia ambientale. Correzioni atmosferiche di segnali GPS per lo studio delle deformazioni del suolo. Dinamica dell’atmosfera. Stabilità e instabilità atmosferica. Inversioni termiche. Flusso laminare e flusso turbolento. La circolazione atmosferica. Strato limite planetario (PBL). Venti. Vento geostrofico. Turbolenze. Inquinamento atmosferico. Trasporto e dispersione di inquinanti in atmosfera: il caso delle polveri vulcaniche. Modelli di diffusione. Modello Gaussiano.INQUINAMENTO ACUSTICORichiami di acustica. Analisi di Fourier. Rumore acustico. Valutazione dell'inquinamento acustico Percezione umana e curve isofoniche. Valutazioni di impatto ambientale Riduzione della trasmissione del suono. Controllo attivo del suono.INQUINAMENTO ELETTROMAGNETICOSpettro EM. CEM e interazione con i materiali, schermature, misure. Interazione dei CEM con la materia vivente: meccanismi di interazione. Caratteristiche elettriche dei tessuti biologici. Effetti dell’assorbimento di energia e.m. e risposta dell’organismo.FONTI ENERGETICHELa questione ambientale e l’approvvigionamento energetico. Combustibile fossile. Energia nucleare e sicurezza. Energia dal sole e dal vento. Energia idroelettrica e geotermica.Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Colloquio orale sulle tematiche affrontate in aula, al fine di mettere in evidenza sia le conoscenze acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Saranno valutate sia le conoscenze disciplinari acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Analisi per Immagini e ColorimetriaAnno di corso 1 Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/07CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente: GUELI Anna MariaObiettivi formativi:Conoscere i principi fisici alla base delle principali tecniche di imaging nonché le informazioni ottenibili da ognuna di esse con particolare attenzione ai limiti e alle potenzialità di ognuna. Conoscere le basi della teoria del colore e delle principali metodologie di rappresentazione e specificazione dello stesso a seconda delle applicazioni.Programma del corso:PARTE GENERALE: Interazione radiazione – materia. Rivelatori e tecniche analitiche per acquisizione di immagini. Rappresentazioni di segnali e immagini. Immagini digitali. Elaborazione di immagini. Archiviazione. Tecniche di stampa. Sistemi di visualizzazione.TECNICHE DI IMAGING: Microscopia elettronica. Imaging multispettrale IR-vis-UV. Radiografia X. Tomografia Assiale. Tecniche di Risonanza Magnetica. Imaging in Medicina Nucleare. Immagini in dosimetria: film radiocromici e rivelatori a matrice.COLORE E COLORIMETRIA: Elementi di ottica per la misura e la specificazione del colore. Fisiologia della visione e percezione del colore. Fotometria e basi della colorimetria. Proprietà ottiche dei corpi non autoluminosi. Rappresentazione del colore. Specificazione del colore.Attività didattiche previste:Lezioni Frontali, Esercitazioni in Aula e in Laboratorio. Lavori di gruppo.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifiche in itinere, Affiancamento durante le esercitazioni, Esame scritto sottoforma di test con domande a scelta multiple e domande aperte, Esame Orale.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Nel corso dell’esame orale verrà valutato il raggiungimento degli obiettivi formativi previsti attraverso domande riguardanti l’intero programma. Il voto finale verrà attribuito tenendo conto anche del risultato conseguito nella prova scritta e della relativa discussione della stessa in sede di colloquio orale. Saranno altresì valutati l’interesse e il coinvolgimento mostrato dallo studente durante tutte le attività didattiche.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di RADIOATTIVITA’ AMBIENTALEAnno di corso I Periodo II Settore scientifico-disciplinare FIS-07 CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Giuseppina IMME’Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi:Il corso intende fornire conoscenze approfondite, teoriche e sperimentali, su tematiche relative alla Radioattività ambientale e ai fenomeni nucleari in ambiente terrestre. Saranno sviluppate capacità di studio autonomo attraverso anche l'applicazione di capacità di soluzione di problemi in diversi contesti. Sarà data occasione di sviluppare le capacità di comunicazione delle conoscenze acquisite, in particolare nelle tematiche relative all’inquinamento ambientale e ai rischi da radiazioni ionizzanti e di collegarle con le questioni che in quest’ambito la società si pone.Saranno altresì costruite solide basi per proseguire gli studi in dottorati di ricerca o master di secondo livello o scuole di specializzazione.Programma del corso: RADIOATTIVITA’ AMBIENTALE Radiazioni direttamente e indirettamente ionizzanti. Richiami sul decadimento radioattivo. Catene naturali di decadimento ed equilibrio radioattivo. Sorgenti radioattive naturali e antropiche. Sorgenti extraterrestri, radiazioni cosmiche. Radioattività nello spazio. Radioattività terrestre: Radionuclidi in matrici ambientali. Radon: sorgenti e meccanismi di trasporto. Radon ed eventi geodinamici. Tecniche nucleari per studi geofisici.DOSIMETRIA E RADIOPROTEZIONE Attività e rate di emissione. Grandezze radiometriche. Interazione radiazione-materia. Quantità dosimetriche. Interazione delle radiazioni ionizzanti con materiale biologico. Effetti delle radiazioni. Limiti di dose. Elementi di radioprotezione. Schermaggio radioattivo. Applicazioni delle radiazioni.ENVIRONMENTAL RADIOACTIVITY Directly and indirectly ionizing radiation. Radioactive decay and natural decay chains. Natural and man-made radiation sources. Extra-terrestrial and terrestrial Radioactivity. Terrestrial radionuclides in environmental matrices. Radon: sources and transport mechanisms. Radon and geodynamic events. Nuclear techniques for geophysical studies.DOSIMETRY AND RADIOPROTECTION Activities and rate of emission. Radiometric quantities. Radiation-matter interaction. Dosimetric quantities. Interaction of ionizing radiation with biological material. Effects of radiation. Dose limits. Elements of radiation protection. Radioactive shielding. Applications of radiation.Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Colloquio orale sulle tematiche affrontate in aula, volto ad accertare non solo le conoscenze acquisite ma anche le capacità di ragionamento autonomo e critico.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Saranno valutate sia le conoscenze disciplinari acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Campi elettromagneticiAnno di corso I Periodo II SemestreSettore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità:Nome del docente Barbarino SebastianoObiettivi formativi: Conoscenza approfondita dell’Elettromagnetismo avanzatoProgramma del corso: Equazioni di Maxwell nella materia – Teoremi fondamentali dell’elettromagnetismo – Trasformazioni relativistiche dei Campi – Equazione delle onde elettromagnetiche – Propagazione delle onde piane in mezzi dielettrici e in mezzi conduttori – Polarizzazione delle onde - Riflessione e rifrazione delle onde piane – Propagazione di onde piane in un plasma – Propagazione di onde piane in mezzi anisotropi: Plasma magnetizzato e Ferrite magnetizzata – Effetto Magnetoottico – Attività ottica – Propagazione nei cristalli.Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Laboratorio di Fisica dell’Ambiente Anno di corso II Periodo I Settore scientifico-disciplinare FIS-07 CFU 6 Eventuali propedeuticità:Nome del docente Giuseppina IMME’Obiettivi formativi:Il corso intende fornire conoscenze approfondite su metodologie fisiche applicate alle indagini in ambito ambientale. Saranno ulteriormente sviluppate capacità di applicazione del metodo scientifico nelle misure di laboratorio e in campo di parametri fisici ambientali. Sarà sviluppata la consapevolezza dei problemi di sicurezza nelle attività di laboratorio e il conseguente senso di responsabilità. Gli studenti saranno spronati verso un approccio autonomo alle misure in laboratorio, all’acquisizione di autonomia sperimentale e uso della strumentazione complessa e all’elaborazione di un report sulle metodiche e sui risultati ottenuti. Sarà data occasione di sviluppare le capacità di comunicazione delle conoscenze acquisite, in particolare nelle tematiche relative all’ambiente e di collegarle con le questioni che in quest’ambito la società si pone.Saranno altresì costruite solide basi per proseguire gli studi in dottorati di ricerca o master di secondo livello o scuole di specializzazione.Programma del corso: Analisi statistica di dati ambientali. Tecniche fisiche per il controllo ambientale. Misure divariabili meteorologiche: temperatura, pressione, umidità, …. Misure di inquinanti gassosi eparticellari. Processo di fluorescenza e determinazione di concentrazioni di inquinantiatmosferici. Analisi di campioni ambientali mediante fluorescenza X e tecnica PIXE. Elementidi fotometria. Spettrofotometri. Misure di dispersione di inquinanti e confronto con modelliprevisionali.Elementi di radioattività e rivelatori di radiazioni. Misure di radioattività ambientale in aria,acqua, suolo. Spettrometria α. Misure di range, perdita di energia, straggling di particelle α inassorbitori. Misure di radioattività β con spettrometro a basso fondo. Analisi di radionucliditramite spettroscopia gamma. Misure di concentrazioni di radionuclidi in acqua tramitescintillazione liquida. Sistemi di misura del radon: strumenti di misura (attivi e passivi) delradon in aria (celle a scintillazione ed elettrostatiche, camere a ionizzazione, rivelatori atracce, carboni attivi, elettreti); misure di radon in acqua (scintillatori liquidi, rivelatori asemiconduttori).Strumentazione di radioprotezione. Sistemi dosimetrici per radioprotezione: dosimetri attivi epassivi per misure di equivalente di dose personale e ambientale (camere a ionizzazione, contatori a gas, rivelatori a film, a scintillazione, a semiconduttore e a TL). Strumenti per la dosimetria alfa, beta, gamma.Elementi di acustica. Fonometri e misure di rumore. Analisi in frequenza. Caratteristiche dimateriali adatti per schermature in ambienti confinati ed aperti.Strumentazioni, misure ed effetti delle radiazioni non ionizzanti a LF e nella banda delle RF edelle MW. Analisi in frequenza.Attività didattiche previste:Lezioni frontali. Esercitazioni in laboratorio. Lavori di gruppo. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Preparazione di tesine sulle esperienze in laboratorio. Colloquio orale sulle tematiche affrontate in aula, al fine di mettere in evidenza sia le conoscenze acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Saranno valutate sia le conoscenze disciplinari acquisite che le capacità di ragionamento autonomo e critico che le capacità nell’uso di strumentazione sofisticata che nell’applicazione di diverse metodologie di misura.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ARCHEOMETRIAAnno di corso II Periodo I Sem.Settore scientifico-disciplinare FIS/07CFU 6Eventuali propedeuticità:NessunaNome del docente: Sebastiano Olindo TrojaObiettivi formativi: Acquisizione di metodologie sperimentali applicabili a studi di datazione e provenienza dei materiali archeologici Programma del corso: datazione tramite C14, TL, OSL, EPR, U/Th, Archeomegnetismo, Racemizzazione, caratterizzazione tramite tecniche analitiche fisiche e chimiche, XRF, XRD, SEM, microanalisi. L’archeometria e le scienze applicate ai Beni Culturali - Le metodologie scientifiche ed ilPatrimonio Culturale ed Artistico: le applicazioni delle scienze esatte nel campo dello studio,della Conservazione e del Restauro dei Beni Culturali.Datazione tramite luminescenza stimolata – La Termoluminescenza (TL) e laLuminescenza Otticamente Stimolata (OSL). Principi fisici di base. Equazione dell’età.Determinazione paleodose e dose annua. Test di autenticità. Datazione di manufatti,sedimenti e strutture architettoniche.Datazione ESR –Spettroscopia di Risonanza di Spin Elettronico in onda continua (CW).Descrizione classica e quantistica del fenomeno della risonanza. Interazioni Zeeman, iperfinee superiperfine. Principi di funzionamento di uno spettrometro ESR. Datazione ESR.Datazione U/Th – Serie radioattive naturali. Decadimenti sequenziali. Geochimica di U e Th.Strumentazione per spettrometria alfa. Determinazione dell’età.Altri metodi di datazione - Dendrocronologia. Carbonio 14. Metodo potassio – argon.Tracce di fissione. Racemizzazione delle ammine.Attività didattiche previste: Lezioni frontali Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale con discussione di eventuale elaboratoCriteri per l’attribuzione del voto finale:Conoscenza dei contenuti del corso e capacità di analizzare criticamente le metodologie fisiche applicate ai beni culturale

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Laboratorio di Fisica della MateriaAnno di corso I Periodo I Sem.Settore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità:NessunaNome del docente: Sebastiano Olindo TrojaObiettivi formativi: Acquisizione di specifiche competenze sulle metodologie sperimentali indispensabili per lo studio e la conoscenza dei materialiProgramma del corso: Analisi tramite SEM, Microanalisi, XRF , XRD, Raman, Spettrofotometria nel visibile e nell’infrarosso, Luminescenza, ESRSORGENTI DI RADIAZIONE: Sorgenti di particelle. Sorgenti di radiazione elettromagnetica.Lampade, diodi, laser.Monocromatori. Filtri ad assorbimento e ad interferenza. Prismi. Reticoli in trasmissione e inriflessione. Sfera integratrice.RIVELATORI DI RADIAZIONE: Scintillatori. Rivelatori a stato solido. Celle fotovoltaiche efotoconduttive, tubi fotoemissivi, fotomoltiplicatori, CCD.SPETTROFOTOMETRIA IR – VIS – UV: Proprietà ottiche dei materiali. Misure di assorbanzae riflettanza. Set-up sperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.FENOMENI DI LUMINESCENZA: Emissione spontanea ed emissione stimolata. Modellifenomenologici. Termoluminescenza. Luminescenza otticamente stimolata. Set-upsperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.SPETTROMETRIA RAMAN: Trattazione classica e quantistica dell’effetto Raman. Set-upsperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.FENOMENI DI RISONANZA: Risonanza Paramagnetica Elettronica. Risonanza MagneticaNucleare. Set-up sperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.MICROANALISI CON FASCI DI PARTICELLE: Particle-Induced X ray Emission (PIXE).Particle-Induced Gamma ray Emission (PIGE). Spettrometria di massa con atomizzazione alplasma (ICP-MS). Applicazioni.Attività didattiche previste: Lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorioMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale con discussione di eventuale elaboratoCriteri per l’attribuzione del voto finale:capacità di progettare una esperienza e di analizzarne criticamente i risultati

Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Fisica dello Stato Solido Anno di corso I Periodo Annuale Settore scientifico-disciplinare FIS/03 CFU 9 Eventuali propedeuticità: Struttura della materia Nome del docente Giuseppe FARACI Obiettivi formativi: Scopi, argomenti e struttura del corso: Obiettivo del corso è quello di fornire gli strumenti conoscitivi atti a comprendere le proprietà di un solido. Vengono presentate e discusse le esperienze ed i risultati ottenuti in vari campi della fisica dei solidi, ed introdotti i modelli che descrivono le diverse proprietà della materia condensata. La analisi delle strutture cristalline e dei diversi tipi di legame, le proprietà vibrazionali, termiche, elettroniche, dielettriche, ottiche e magnetiche dei solidi cristallini verranno studiate dedicando particolare cura alla valutazione quantitativa dei fenomeni in esame. Il corso consiste in lezioni svolte secondo i calendari prefissati. Corsi propedeutici o consigliati: e' necessaria la conoscenza di base della meccanica quantistica; e' consigliabile sostenere l'esame dopo quello di Struttura della Materia. Programma del corso: ?Proprieta' elementari dei solidi Struttura e simmetrie di solidi cristallini. Reticolo e base. Strutture cristalline. Amorfi. Vetri. Clusters. Diffrazione di raggi X, elettroni e neutroni. Reticolo reciproco. Zone di Brillouin. Analisi di Fourier. Fattore di struttura e fattore di forma. Fattore di Debye-Waller. Spettroscopia XAS ed EXAFS con luce di sincrotrone. ?Legami nei solidi Legame di Van der Waals, ionico, covalente e metallico. Legame idrogeno. Energia di coesione. Energia di ionizzazione. Solidi ad alta pressione. Transizioni di fase. ?Proprieta' termiche dei cristalli Vibrazioni reticolari. Fononi. Calori specifici. Modello di Einstein e modello di Debye. Capacita' termica di vetri ed amorfi. Interazione anarmonica. Conducibilità termica. Difetti. Scattering fotone-fonone. Effetto Raman. Processo Stokes ed anti-Stokes. ?Proprieta' degli elettroni in un "Gas di Fermi" Modello ad elettroni liberi. Statistica di Fermi-Dirac. Densità degli stati. Proprietà termiche e di trasporto nei metalli. Conducibilità elettrica ?Bande di energia. Elettroni quasi-liberi. Livelli energetici. Teorema di Bloch. Zone di Brillouin. Bande di energia e loro forma. Relazioni di dispersione E(k). Banda di conduzione e bande di valenza. Densità degli stati. Massa efficace. Orbitali in una banda. Metalli, semiconduttori ed isolanti. ?Superficie di Fermi Calcolo delle bande di energia e metodi sperimentali per la determinazione della superficie di Fermi. Quantizzazione delle orbite elettroniche in campo magnetico. Effetto de Haas - Van Alphen. ?Proprieta' ottiche dei solidi Equazioni di Maxwell nella materia. Relazioni di Kramers-Kronig. Funzione dielettrica del gas di elettroni. Schermaggio elettrostatico. Plasmoni. Polaritoni. Polaroni. Eccitoni ? Fisica delle superfici ed interfacce. Struttura, legami, stati superficiali. Interfacce metallo-semiconduttore e semiconduttore-semiconduttore. Eterogiunzioni. Tecniche di analisi su superfici "pulite". Spettroscopia di fotoemissione con luce di sincrotrone. ?Proprieta' magnetiche dei solidi Dia- para- e ferro-magnetismo. Teorie classiche e quantistiche per lo studio delle proprietà magnetiche dei solidi. Demagnetizzazione adiabatica. Domini ferromagnetici. Legge di Curie-Weiss. Antiferromagnetismo. Temperatura di Neel. ?Superconduttività Fenomeni sperimentali: effetto Meissner; gap superconduttiva; effetto isotopico. Lunghezza di coerenza e profondità di penetrazione. Equazione di London. Teoria BCS. Tunneling di particella singola. Tunneling di coppie. Effetto Josephson dc e ac. Magnetometri. ? Sistemi quantistici: Super-reticoli. Quantum wells. Quantum wires. Quantum dots. Effetto Raman da nano cristalli. Bibliografia W. Ashcroft, N.D. Mermin: Solid State Physics - Saunders College C. Kittel: Introduction to Solid State Physics - J. Wiley G. Burns: Solid State Physics - Academic press J. M. Ziman: Principles of the theory of solids - Cambridge H. Luth : Surfaces and interfaces of solid materials - Springer --Articoli recentemente pubblicati in Riviste di Fisica verranno segnalati durante il corso. Attività didattiche previste: Lezioni in aula e qualche visita a Laboratori di ricerca del docente (nel 2013: misure micro-Raman su nano cristalli di Si e Ge) Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Colloqui con gli studenti. Criteri per l’attribuzione del voto finale:Modalità di esame: L'esame consiste in un colloquio con il candidato.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di FISICA DEI SEMICONDUTTORIAnno di corso: I Periodo: ANNUALESettore scientifico-disciplinare: FIS\03CFU: 9Eventuali propedeuticità: ------------Nome del docente FRANCESCO PRIOLOSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Fornire una conoscenza sulle proprietà dei materiali semiconduttori e sui principali dispositivi a semiconduttoreknowledge on the properties of semiconducting materials and on the main semiconductor devices Programma del corso: Bande di Energia e Livelli Elettronici - Proprietà di Trasporto – Processi di Generazione, Ricombinazione e Diffusione - Proprieta` ottiche - Eterostrutture e nanostrutture - Giunzioni p-n, Laser e Celle Solari - Transistore bipolare - Dispositivi unipolari - Memorie e Dispositivi quantisticiEnergy Bands and Electronic Levels – Transport Properties – Generation, Recombination and Diffusion Properties – Optical Properties – Heterostructures and Nanostructures – pn Junctions, Lasers and Solar Cells – Bipolar Transistor – Unipolar Devices – Memories and Quantum DevicesAttività didattiche previste:Lezioni in aula alla lavagna, lucidi, presentazioni powerpoint, alcune esperienze di laboratorioLessons at the blackboard, with slides, powerpoint presentations and some laboratory experimentsMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame orale su diverse parti del corso, comprendenti tanto i principi fisici di base quanto almeno un dispositivo a semiconduttore. Nel cosro dell’esame lo studente dovrà, con l’ausilio di carta e penna, mettere in evidenza il grado di approfondimento raggiunto.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il voto finale si baserà sulla conoscenza dei diversi aspetti trattati nel corso e sul grado di approfondimento e maturazione degli argomenti trattati.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica dei MaterialiAnno di corso I° Periodo II°Settore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità: NESSUNANome del docente Antonio TerrasiSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione delle conoscenze teoriche e dei principi fisici relativi agli argomenti in programma. Formazione di base sui materiali (proprietà fisiche, sintesi e applicazioni). Formazione di base su alcune tecniche di analisi sperimentale per lo studio dei materiali. Programma del corso: Stati di aggregazione della materia solida: amorfi, policristalli, monocristalli. Metalli, isolanti, semiconduttori. Legami nei solidi: metallico, ionico, covalente, di Van der Waals e misto. Valutazioni semiquantitative dell'energia di legame. Strutture cristalline. Relazioni tra struttura microscopica e proprietà meccaniche.Energia di superficie dei solidi: descrizione atomistica, termodinamica, meccanica. Fenomeni di superficie: diffusione, accrescimento, ricostruzione superficiale.Crescita di materiali monocristallini, policristallini e amorfi.Richiamo delle funzioni di stato termodinamiche. Fasi stabili e fasi metastabili. Trasformazioni allotropiche (Fe alfa-gamma). Nucleazioni e crescita di grani in silicio. Transizioni di fase, nucleazione omogenea ed eterogenea, crescita dei grani, formazione di precipitati, tensione di vapore ed accrescimento di Ostwald. Coefficiente di segregazione, Descrizione microscopica della diffusione atomica e derivazione del coefficiente di diffusione. Stato stazionario: equazione di diffusione per una soluzione ideale. Stato stazionario: equazione di diffusione per una soluzione reale. Equazione di continuità e II legge di Fick. Misura del coefficiente di diffusione e significato dell’energia di attivazione. Metodo per la misura della energia di formazione delle vacanze. Diffusione interstiziale. Profilo di concentrazione di due elementi dopo diffusione.Modulo di Young, rapporto di Poisson, modulo di scorrimento e di compressibilità, relazioni deformazione-tensione, tensore degli sforzi e delle deformazioni, costanti elastiche di un solido e loro dipendenza dalla simmetria della struttura, plasticità dei solidi, tensione di scorrimento, frattura. Difetti di punto e di linea. Vettore di Burger delle dislocazioni. Descrizione delle proprietà geometriche delle dislocazioni, campo di deformazione ed energia elastica di una dislocazione ad elica e a spigolo, interazioni tra dislocazioni. Nucleazione, crescita dei grani per ripening e coalescenza. Caratteristiche meccaniche di un film sottile, interazione con il substrato, campo di deformazione, dilatazione termica ed influenza sull'imbarcamento del substrato. Interdiffusione in film sottili e formazione di composti.Metallizzazione ed interconnessioni nei dispositivi a semiconduttore. Omostrutture ed eterostrutture, disaccordo reticolare e spessori critici sistema Si-Ge. Ossidi Trasparenti Conduttivi (TCO)Alcune tecniche di deposizione, processo e caratterizzazione di materiali: Preparazione di strati monocristallini di semiconduttore per deposizione chimica da fase di vapore e per epitassia con fasci molecolari (MBE). Descrizione degli apparati sperimentali per la crescita epitassiale. Deposizione per sputtering, drogaggio di semiconduttori tramite celle ad effusione, deposizione di ossidi e formazione di ossidi termici tramite diffusione. Processi di auto assemblaggio di nano strutture (esempio isole di Ge). Analisi di microscopia a forza atomica e ad effetto tunnel. Diffrazione di raggi-X. Spettroscopia di massa da ioni secondari (SIMS). Spettroscopia di fotoelettroni emessi da raggi-X. Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aula e visite in laboratori di ricercaMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: interazione con gli studenti durante il corso (domande rivolte agli studenti durante le lezioni) , prova d’esame orale su tutti gli argomenti svolti in aula. Criteri per l’attribuzione del voto finale: valutazione del livello di apprendimento e di esposizione degli argomenti in programma a livello teorico. Capacità di valutazione sulla scelta e l’impiego di metodologie sperimentali in ambito di ricerca scientifica.

























































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Laboratorio di Fisica della MateriaAnno di corso I Periodo I Sem.Settore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità:NessunaNome del docente: Sebastiano Olindo TrojaObiettivi formativi: Acquisizione di specifiche competenze sulle metodologie sperimentali indispensabili per lo studio e la conoscenza dei materialiProgramma del corso: Analisi tramite SEM, Microanalisi, XRF , XRD, Raman, Spettrofotometria nel visibile e nell’infrarosso, Luminescenza, ESRSORGENTI DI RADIAZIONE: Sorgenti di particelle. Sorgenti di radiazione elettromagnetica.Lampade, diodi, laser.Monocromatori. Filtri ad assorbimento e ad interferenza. Prismi. Reticoli in trasmissione e inriflessione. Sfera integratrice.RIVELATORI DI RADIAZIONE: Scintillatori. Rivelatori a stato solido. Celle fotovoltaiche efotoconduttive, tubi fotoemissivi, fotomoltiplicatori, CCD.SPETTROFOTOMETRIA IR – VIS – UV: Proprietà ottiche dei materiali. Misure di assorbanzae riflettanza. Set-up sperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.FENOMENI DI LUMINESCENZA: Emissione spontanea ed emissione stimolata. Modellifenomenologici. Termoluminescenza. Luminescenza otticamente stimolata. Set-upsperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.SPETTROMETRIA RAMAN: Trattazione classica e quantistica dell’effetto Raman. Set-upsperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.FENOMENI DI RISONANZA: Risonanza Paramagnetica Elettronica. Risonanza MagneticaNucleare. Set-up sperimentale e rivelazione dei segnali. Applicazioni.MICROANALISI CON FASCI DI PARTICELLE: Particle-Induced X ray Emission (PIXE).Particle-Induced Gamma ray Emission (PIGE). Spettrometria di massa con atomizzazione alplasma (ICP-MS). Applicazioni.Attività didattiche previste: Lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorioMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale con discussione di eventuale elaboratoCriteri per l’attribuzione del voto finale:capacità di progettare una esperienza e di analizzarne criticamente i risultati

Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Fisica dello Stato Solido Anno di corso I Periodo Annuale Settore scientifico-disciplinare FIS/03 CFU 9 Eventuali propedeuticità: Struttura della materia Nome del docente Giuseppe FARACI Obiettivi formativi: Scopi, argomenti e struttura del corso: Obiettivo del corso è quello di fornire gli strumenti conoscitivi atti a comprendere le proprietà di un solido. Vengono presentate e discusse le esperienze ed i risultati ottenuti in vari campi della fisica dei solidi, ed introdotti i modelli che descrivono le diverse proprietà della materia condensata. La analisi delle strutture cristalline e dei diversi tipi di legame, le proprietà vibrazionali, termiche, elettroniche, dielettriche, ottiche e magnetiche dei solidi cristallini verranno studiate dedicando particolare cura alla valutazione quantitativa dei fenomeni in esame. Il corso consiste in lezioni svolte secondo i calendari prefissati. Corsi propedeutici o consigliati: e' necessaria la conoscenza di base della meccanica quantistica; e' consigliabile sostenere l'esame dopo quello di Struttura della Materia. Programma del corso: ?Proprieta' elementari dei solidi Struttura e simmetrie di solidi cristallini. Reticolo e base. Strutture cristalline. Amorfi. Vetri. Clusters. Diffrazione di raggi X, elettroni e neutroni. Reticolo reciproco. Zone di Brillouin. Analisi di Fourier. Fattore di struttura e fattore di forma. Fattore di Debye-Waller. Spettroscopia XAS ed EXAFS con luce di sincrotrone. ?Legami nei solidi Legame di Van der Waals, ionico, covalente e metallico. Legame idrogeno. Energia di coesione. Energia di ionizzazione. Solidi ad alta pressione. Transizioni di fase. ?Proprieta' termiche dei cristalli Vibrazioni reticolari. Fononi. Calori specifici. Modello di Einstein e modello di Debye. Capacita' termica di vetri ed amorfi. Interazione anarmonica. Conducibilità termica. Difetti. Scattering fotone-fonone. Effetto Raman. Processo Stokes ed anti-Stokes. ?Proprieta' degli elettroni in un "Gas di Fermi" Modello ad elettroni liberi. Statistica di Fermi-Dirac. Densità degli stati. Proprietà termiche e di trasporto nei metalli. Conducibilità elettrica ?Bande di energia. Elettroni quasi-liberi. Livelli energetici. Teorema di Bloch. Zone di Brillouin. Bande di energia e loro forma. Relazioni di dispersione E(k). Banda di conduzione e bande di valenza. Densità degli stati. Massa efficace. Orbitali in una banda. Metalli, semiconduttori ed isolanti. ?Superficie di Fermi Calcolo delle bande di energia e metodi sperimentali per la determinazione della superficie di Fermi. Quantizzazione delle orbite elettroniche in campo magnetico. Effetto de Haas - Van Alphen. ?Proprieta' ottiche dei solidi Equazioni di Maxwell nella materia. Relazioni di Kramers-Kronig. Funzione dielettrica del gas di elettroni. Schermaggio elettrostatico. Plasmoni. Polaritoni. Polaroni. Eccitoni ? Fisica delle superfici ed interfacce. Struttura, legami, stati superficiali. Interfacce metallo-semiconduttore e semiconduttore-semiconduttore. Eterogiunzioni. Tecniche di analisi su superfici "pulite". Spettroscopia di fotoemissione con luce di sincrotrone. ?Proprieta' magnetiche dei solidi Dia- para- e ferro-magnetismo. Teorie classiche e quantistiche per lo studio delle proprietà magnetiche dei solidi. Demagnetizzazione adiabatica. Domini ferromagnetici. Legge di Curie-Weiss. Antiferromagnetismo. Temperatura di Neel. ?Superconduttività Fenomeni sperimentali: effetto Meissner; gap superconduttiva; effetto isotopico. Lunghezza di coerenza e profondità di penetrazione. Equazione di London. Teoria BCS. Tunneling di particella singola. Tunneling di coppie. Effetto Josephson dc e ac. Magnetometri. ? Sistemi quantistici: Super-reticoli. Quantum wells. Quantum wires. Quantum dots. Effetto Raman da nano cristalli. Bibliografia W. Ashcroft, N.D. Mermin: Solid State Physics - Saunders College C. Kittel: Introduction to Solid State Physics - J. Wiley G. Burns: Solid State Physics - Academic press J. M. Ziman: Principles of the theory of solids - Cambridge H. Luth : Surfaces and interfaces of solid materials - Springer --Articoli recentemente pubblicati in Riviste di Fisica verranno segnalati durante il corso. Attività didattiche previste: Lezioni in aula e qualche visita a Laboratori di ricerca del docente (nel 2013: misure micro-Raman su nano cristalli di Si e Ge) Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Colloqui con gli studenti. Criteri per l’attribuzione del voto finale:Modalità di esame: L'esame consiste in un colloquio con il candidato.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di FISICA DEI SEMICONDUTTORIAnno di corso: I Periodo: ANNUALESettore scientifico-disciplinare: FIS\03CFU: 9Eventuali propedeuticità: ------------Nome del docente FRANCESCO PRIOLOSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Fornire una conoscenza sulle proprietà dei materiali semiconduttori e sui principali dispositivi a semiconduttoreknowledge on the properties of semiconducting materials and on the main semiconductor devices Programma del corso: Bande di Energia e Livelli Elettronici - Proprietà di Trasporto – Processi di Generazione, Ricombinazione e Diffusione - Proprieta` ottiche - Eterostrutture e nanostrutture - Giunzioni p-n, Laser e Celle Solari - Transistore bipolare - Dispositivi unipolari - Memorie e Dispositivi quantisticiEnergy Bands and Electronic Levels – Transport Properties – Generation, Recombination and Diffusion Properties – Optical Properties – Heterostructures and Nanostructures – pn Junctions, Lasers and Solar Cells – Bipolar Transistor – Unipolar Devices – Memories and Quantum DevicesAttività didattiche previste:Lezioni in aula alla lavagna, lucidi, presentazioni powerpoint, alcune esperienze di laboratorioLessons at the blackboard, with slides, powerpoint presentations and some laboratory experimentsMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Esame orale su diverse parti del corso, comprendenti tanto i principi fisici di base quanto almeno un dispositivo a semiconduttore. Nel cosro dell’esame lo studente dovrà, con l’ausilio di carta e penna, mettere in evidenza il grado di approfondimento raggiunto.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Il voto finale si baserà sulla conoscenza dei diversi aspetti trattati nel corso e sul grado di approfondimento e maturazione degli argomenti trattati.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica dei MaterialiAnno di corso I° Periodo II°Settore scientifico-disciplinare FIS/01CFU 6Eventuali propedeuticità: NESSUNANome del docente Antonio TerrasiSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione delle conoscenze teoriche e dei principi fisici relativi agli argomenti in programma. Formazione di base sui materiali (proprietà fisiche, sintesi e applicazioni). Formazione di base su alcune tecniche di analisi sperimentale per lo studio dei materiali. Programma del corso: Stati di aggregazione della materia solida: amorfi, policristalli, monocristalli. Metalli, isolanti, semiconduttori. Legami nei solidi: metallico, ionico, covalente, di Van der Waals e misto. Valutazioni semiquantitative dell'energia di legame. Strutture cristalline. Relazioni tra struttura microscopica e proprietà meccaniche.Energia di superficie dei solidi: descrizione atomistica, termodinamica, meccanica. Fenomeni di superficie: diffusione, accrescimento, ricostruzione superficiale.Crescita di materiali monocristallini, policristallini e amorfi.Richiamo delle funzioni di stato termodinamiche. Fasi stabili e fasi metastabili. Trasformazioni allotropiche (Fe alfa-gamma). Nucleazioni e crescita di grani in silicio. Transizioni di fase, nucleazione omogenea ed eterogenea, crescita dei grani, formazione di precipitati, tensione di vapore ed accrescimento di Ostwald. Coefficiente di segregazione, Descrizione microscopica della diffusione atomica e derivazione del coefficiente di diffusione. Stato stazionario: equazione di diffusione per una soluzione ideale. Stato stazionario: equazione di diffusione per una soluzione reale. Equazione di continuità e II legge di Fick. Misura del coefficiente di diffusione e significato dell’energia di attivazione. Metodo per la misura della energia di formazione delle vacanze. Diffusione interstiziale. Profilo di concentrazione di due elementi dopo diffusione.Modulo di Young, rapporto di Poisson, modulo di scorrimento e di compressibilità, relazioni deformazione-tensione, tensore degli sforzi e delle deformazioni, costanti elastiche di un solido e loro dipendenza dalla simmetria della struttura, plasticità dei solidi, tensione di scorrimento, frattura. Difetti di punto e di linea. Vettore di Burger delle dislocazioni. Descrizione delle proprietà geometriche delle dislocazioni, campo di deformazione ed energia elastica di una dislocazione ad elica e a spigolo, interazioni tra dislocazioni. Nucleazione, crescita dei grani per ripening e coalescenza. Caratteristiche meccaniche di un film sottile, interazione con il substrato, campo di deformazione, dilatazione termica ed influenza sull'imbarcamento del substrato. Interdiffusione in film sottili e formazione di composti.Metallizzazione ed interconnessioni nei dispositivi a semiconduttore. Omostrutture ed eterostrutture, disaccordo reticolare e spessori critici sistema Si-Ge. Ossidi Trasparenti Conduttivi (TCO)Alcune tecniche di deposizione, processo e caratterizzazione di materiali: Preparazione di strati monocristallini di semiconduttore per deposizione chimica da fase di vapore e per epitassia con fasci molecolari (MBE). Descrizione degli apparati sperimentali per la crescita epitassiale. Deposizione per sputtering, drogaggio di semiconduttori tramite celle ad effusione, deposizione di ossidi e formazione di ossidi termici tramite diffusione. Processi di auto assemblaggio di nano strutture (esempio isole di Ge). Analisi di microscopia a forza atomica e ad effetto tunnel. Diffrazione di raggi-X. Spettroscopia di massa da ioni secondari (SIMS). Spettroscopia di fotoelettroni emessi da raggi-X. Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aula e visite in laboratori di ricercaMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: interazione con gli studenti durante il corso (domande rivolte agli studenti durante le lezioni) , prova d’esame orale su tutti gli argomenti svolti in aula. Criteri per l’attribuzione del voto finale: valutazione del livello di apprendimento e di esposizione degli argomenti in programma a livello teorico. Capacità di valutazione sulla scelta e l’impiego di metodologie sperimentali in ambito di ricerca scientifica.

























































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica delle nanostruttureAnno di corso II Periodo 1° semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/03CFU 6Eventuali propedeuticità: nessunaNome del docente Maria Grazia GrimaldiObiettivi formativi:acquisire una formazione approfondita nel campo delle proprietà fisiche e di trasporto dei materiali nano strutturati e delle tecnologie innovative per la realizzazione di tali materiali. Lo studente dovrà essere in grado di identificare come i processi di conduzione attestati nei sistemi massivi si modificano con la riduzione delle dimensioni e quindi sviluppare capacità di progettazione di sistemi nano strutturati per applicazioni specifiche.Programma del corso: IntroduzioneIntroduzione alle problematiche fisiche relative ai sistemi a bassa dimensionalità: proprietà strutturali, elettroniche e termodinamiche. Interesse applicativo delle nanotecnologie. Descrizione generale dei diversi materiali nanostrutturati. Fullereni e nanotubi di carbonio. Cenni sulla loro produzione.Stati elettronici in sistemi mesoscpiciDensità degli stati di una particella libera in sistemi a 1 e 2 dimensioni. Sistemi fermionici in 1 e 2 dimensioni. Approssimazione della massa efficace. Approssimazione della massa efficace in etero giunzioni. Stati elettronici in quantum wells di diverse forme. Stati elettronici in 1 e 2 dimensioni in presenza di campi elettrici e magnetici esterni.Trasporto in sistemi mesoscopiciRichiami di teoria del trasporto semiclassico. Definizione dei diversi tempi di rilassamento. Trasporto balistico. Tunneling. Matrice T. Corrente e conduttanza. Tunnelling risonante. Buchi quantici e conduttanza quantizzata. Teoria di Landauer. Resistenza di contatto. Teoria di Landauer e Buttiker. Analisi di sistemi a molti canali. Corrente in campo magnetico. Effetto Aharonov-Bohm. Effetto Hall quantistico. Fluttuazioni della conduttanza.Trasporto in quantum dot e sistemi di quantum dotDescrizione dei diversi tipi di quantum dot. Teoria ortodossa. Modelli per la descrizione di quantum dot. Sistemi a tunnelling di singolo elettrone (SET). Analisi di electron box e SET transistor. Diagramma di stabilità. Coulomb blockade. Oscillazioni di Coulomb. Analisi di un doppio quantum dot. Sistemi di quantum dot. Descrizione di un quantum dot con la master equation e sua soluzione. Quantum dot verticali. Spin blockade. Cenni di spintronica. Sistemi ferromagnetici. Cenni di elettronica molecolare.Attività didattiche previste: lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: esame orale con eventuali approfondimenti, concordati con il docente, su tematiche inerenti il programmaCriteri per l’attribuzione del voto finale: La valutazione si baserà sulla capacità raggiunta dallo studente di individuare i modelli fisici determinanti ai fini delle caratteristiche di trasporto osservate e sulla capacità di connettere le caratteristiche morfologico-strutturali ai meccanismi di trasporto.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Ottica QuantisticaAnno di corso: II, Periodo: I SemestreSettore scientifico-disciplinare: FIS02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica Quantistica AvanzataNome del docente: Giovanni PiccittoObiettivi formativi: Fornire gli strumenti matematici e teorici atti a descrivere: 1) gli effetti dell’interazione della luce con sistemi quantistici, per rendere lo studente in grado di affrontare e comprendere gli sviluppi attuali nel campo della manipolazione di sistemi quantistici finalizzata allo sviluppo di sistemi di informazione quantistica e di dispositivi ottici; 2) la natura quantistica della radiazione elettromagnetica, per introdurre lo studente ad alcuni recenti aspetti della ricerca sui fondamenti della meccanica quantisticaProgramma del corso: Legge di Planck e coefficienti di Einstein Legge di Planck. Coefficienti si emissione e assorbimento di Einstein. Caratteristica delle transizioni di emissione e assorbimento. Eccitazioni ottiche di sistemi a due livelli. Teoria dell’attenuazione ottica. Inversione di popolazione e amplificazione ottica. Interazione radiazione e.m.-atomo Applicazione della teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Approssimazione di onda rotante. Espressione dei coefficienti di Einstein. Equazioni di Bloch. Meccanismi di allargamento delle righe. Teoria semiclassica della foto rivelazione. Teoria classica delle fluttuazioni ottiche e della coerenza Modelli di sorgenti di luce caotica. Interferometro di Mach-Zender. Grado di coerenza di primo ordine. Fluttuazioni di intensità e esperimento di Hanbury-Brown Twiss. Grado di coerenza di secondo ordine. Teoria semiclassica della foto rivelazione. Quantizzazione del campo elettromagnetico. Interazione del campo quantizzato con gli atomi. Rates di assorbimento ed emissione. Ottica quantistica di singolo modo Operatori di campo di singolo modo. Stati di numero. Stati coerenti. Luce caotica. Relazioni di input-output di beam splitter. Luce non classica. Ottica quantistica non lineare Suscettività non lineare. Attività didattiche previste: Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale (circa un’ora). Durante il colloquio è richiesto al candidato di mostrare, non solo la conoscenza degli argomenti strettamente attinenti al corso, ma anche le connessioni con altri insegnamenti del corso di studi. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Capacità di rispondere prontamente e con proprietà di linguaggio alle domande fatte; capacità di inserire l’argomento oggetto in un contesto generale; atteggiamento nei confronti di quesiti riguardanti aspetti non previsti esplicitamente nel programma del corso.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica AstroparticellareAnno di corso 2 Periodo I semestreSettore scientifico-disciplinare FIS01CFU 6Eventuali propedeuticità: Non sono richieste propedeuticità obbligatorie ma sono consigliati i corsi “Meccanica quantistica avanzata”, “Fisica delle Particelle 1”, “Teoria delle Interazioni Subnucleari”, “Fisica delle Particelle 2”, “Relatività Generale”.Nome del docente Alessia TricomiSe concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone di approfondire alcune tematiche relative alla fenomenologia delle astroparticelle, soffermandosi sia sugli aspetti sperimentali che fenomenologici, mettendo in risalto i legami con la fisica delle particelle elementari e il legame con le osservazioni di carattere astrofisico e cosmologico e l’importanza e la complementarità fornita dallo studio delle proprietà di diversi messaggeri (RC, gamma, neutrini). Lo studente acquisirà una comprensione critica, in particolare, tematiche di grande attualità come l’origine della materia e dell’energia oscura, la fisica dei neutrini, le proprietà e le tecniche di rivelazione dei raggi cosmici.Programma del corso: Italiano• Richiami sui costituenti elementari della materia e sulle loro interazioni: quarks, leptoni, gluoni, fotoni, W+, W-, Z0, interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche. Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli• Complementarità fra studio dei Raggi Cosmici e studio delle particelle elementari e delle loro interazioni agli acceleratori. • Flusso differenziale, spettro e composizione dei Raggi Cosmici primari. Raggi Cosmici primari e secondari.• Cenni sulla morfologia della Galassia• Meccanismi di Accelerazione dei raggi cosmici. Sorgenti astrofisiche e galattiche dei raggi cosmici. Il Cutoff di Greisen-Zatsepin-Kuzmin. Equazioni di trasporto dei raggi cosmici primari e secondari nell'atmosfera. Sviluppo di sciami nell'atmosfera.• Metodi di osservazione/studio dei flussi di Raggi Cosmici primari nello spazio, nell'atmosfera, sulla Terra per energie fino a 1022 eV : rivelazione di protoni, fotoni, nuclei pesanti, muoni, neutrini, sciami estesi.• Gamma astronomia.• Proprietà di interazione dei neutrini, richiamo sullo sviluppo della teoria delle interazioni deboli e del modello standard delle interazioni elettro-deboli. Interazioni semileptoniche e puramente leptoniche di neutrini.• Neutrini di Dirac e di Majorana.• Oscillazioni di neutrini. Studio delle "oscillazioni di neutrini": neutrini solari, spettro dei neutrini solari, neutrini atmosferici. Meccanismo See-Saw.• Esperimenti con neutrini e tecniche di rivelazione.• Cenni di cosmologia. Evoluzione dell’Universo. Big Bang Nucleosynthesis.• Cosmic Microwave Background.• Materia ed energia oscura. Possibili sorgenti di materia oscura. Cold e Hot Dark Matter.• Fisica oltre il Modello Standard. Modello Supersimmetrico minimale. Weakly Interactive Massive Particles.• Esperimenti diretti ed indiretti per la ricerca di Materia Oscura.• Esperimenti per la ricerca dell’Energia Oscura. SNIA. Diagramma di Hubble. Barionic Acoustic Oscillations.• Inglese• Remind of elementary particles and their interactions: leptons, quarks, gluons, photons, W+, W-, Z0, strong, weak and electromagnetic interactions. The Standard Model of electroweak interactions.• The complementarity of Cosmic Ray Physics and accelerator elementary particle Physics. • Differential flux, spectrum and composition of primary Cosmic Rays. Primary Cosmic Rays and Extensive Air Showers.• Brief introduction on Galaxy morphology.• Cosmic Ray acceleration. Astrophysics and galactic Cosmic Ray sources. The Greisen-Zatsepin-Kuzmin cut-off. The equation of transport and propagation of Cosmic Ray in the atmosphere. The development of showers in the atmosphere (EAS).• Detection technique and measurement of primary Cosmic Ray properties for energies up 1022 eV: detection of protons, photons, heavy nuclei, muons, neutrinos and extensive air showers.• Gamma astronomy.• Neutrino interactions and the electroweak theory. • Dirac and Majorana neutrinos.• Neutrino oscillation. Solar and atmospheric neutrico osciallation and properties. See-Saw mechanism.• Neutrino experiment and detection techniques. • Brief introduction to Cosmology. The story of the Universe. Big Bang Nucleosynthesis.• Cosmic Microwave Background.• Dark matter: cold and hot dark matter. Candidates for DM.• Beyond the Standard Model Physics. Minimal Supersymmetric Standard Model. Weakly Interactive Massive Particles.• Direct and Indirect Searches for Dark Matter.• Dark Energy: experimental evidence.• Experiments for the search of Dark Energy. SNIA. Hubble Diagram. Barionic Acoustic Oscillations.Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula e lavoro di gruppoMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla verifica delle capacità critiche dello studente di confrontarsi con le problematiche fenomenologiche e sperimentali proprie della fisica delle astroparticelle. Si verificherà la capacità e la chiarezza di esposizione, l’abilità ad inquadrare il tema richiesto in un contesto generale e la capacità di utilizzo degli strumenti fisici e di calcolo appresi.Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Metodi Sperimentali per la Fisica NucleareAnno di corso 2 Periodo primo semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/04CFU 6Eventuali propedeuticità: corsi introduttivi di Fisica NucleareNome del docente Francesco RiggiObiettivi formativi: Apprendere le principali tecniche sperimentali per l’analisi dei dati da esperimenti di fisica nucleareProgramma del corso: Problematiche generali per la rivelazione delle particelle in fisica nucleareI rivelatori di particelle per la fisica nucleare – Considerazioni generali: modi operativi, informazioni dai segnali, calibrazione, risoluzione in energia e in tempo – Misura dell’energia – Misura dell’impulso – Misura del tempo – Accettanza geometrica ed efficienza dei rivelatori - Calcoli di simulazione per la valutazione di queste grandezze – Molteplicità di particelle dalle basse energie alle energie ultrarelativistiche – Rivelatori singoli e multirivelatori - Il tracciamento delle particelle – Rivelatori per il tracciamento e rivelatori di vertice – L’identificazione delle particelle – Tecniche di identificazione – Caratterizzazione degli eventi di collisione – Determinazione della centralità – Determinazione del piano di reazione.Tecniche avanzate di rivelazione Sviluppi recenti dei rivelatori a gas – Camere a drift – Multigap resistive plate chambers – Time Projection Chambers – Rivelatori GEM – Sviluppi recenti nei rivelatori al silicio – Rivelatori a microstrip – Rivelatori a drift di silicio – Rivelatori a pixel di tipo ibrido e di tipo monolitico – Rivelatori di vertice al silicio – Il problema del danneggiamento da radiazione - Rivelatori a radiazione di transizione – Rivelatori Cerenkov a immagini anulari – Calorimetri elettromagnetici e adronici – Rivelatori a scintillazione con trasporto della luce mediante fibre WLS – Fotosensori: APD e Silicon photomultipliers.Metodologie per l’acquisizione e l’analisi dei datiPrestazioni di un sistema di acquisizione dati multiparametrico - Problemi di trigger – Livelli di trigger per la selezione degli eventi – Filtraggio degli eventi – Il Digital Pulse Processing nell’analisi dei segnali da rivelatori di particelle - Problemi di pattern recognition – Metodi di tracciamento e ricostruzione delle tracce – Ricostruzione di vertici primari e secondari – Metodo del Kalman Filter - Analisi di sciami elettromagnetici e adronici nei calorimetri – Shape analysis – Ricostruzione dei jet.Metodi statistici Distribuzioni di probabilità di interesse per la fisica nucleare - Cenni su alcuni metodi statistici per la fisica nucleare - Tecniche di simulazione Monte Carlo – Simulazione di rivelatori e di processi fisici - Codici di simulazione – Il codice GEANT – Esempi ed applicazioni ai rivelatori di particelle per la fisica nucleare – Algoritmi a reti neurali e loro applicazioni in esempi specifici nei rivelatori di particelle: identificazione, tracking, ricostruzione di segnali – Il problema del fondo combinatorio negli eventi ad alta molteplicità – Metodi per lo studio e la sottrazione del fondo: event mixing, correlazioni del tipo “like-sign”, metodi basati sulla rotazione delle tracce.Attività didattiche previste: lezioni ed esercitazioniMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Presentazione di un elaborato e discussione oraleCriteri per l’attribuzione del voto finale: Competenza e chiarezza nella discussione degli argomenti del corso

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Laboratorio di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: Primo Periodo: Primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS01CFU: 6Eventuali propedeuticità: nessunaNome del docente: Giuseppe PolitiObiettivi formativi:Approfondire la conoscenza dello studente delle varie metodologie di rivelazione di particelle e di analisi dati tipicamente utilizzati nell’ambito della fisica nucleare e subnucleare.Sviluppare la capacità di utilizzare in modo indipendente strumentazione caratteristica della fisica nucleare e subnucleare, per poter poi assemblare e mettere in opera varie esperienze di laboratorio, con relativa acquisizione dei dati e successiva analisi finale dei risultati.Programma del corso: Richiami alla interazione Radiazione Materia Particelle cariche leggere e pesanti: perdita specifica d’energia, range, programmi di calcolo. Effetto Cherenkov. Radiazione di Transizione. Fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Sciami elettromagnetici. Interazione dei neutroni. Sciami adronici Richiami alle caratteristiche generali dei rivelatori Modi operativi. Funzione di risposta e calibrazione. Risoluzione energetica. Risposta e risoluzione temporale. Tempo morto. Efficienze di rivelazione. Misure di attività di sorgenti. Rivelatori a gasRichiami ai principi e regimi di funzionamento. Camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger. Multi Wire Proportional Chamber. Microstrip Gas Chamber. Camera a deriva. Resistive Plate Chamber. Gas Electron multiplier. Time Projection Chamber. Problematiche dei rivelatori a gas. Camere a ionizzazione con liquidi. Rivelatori a scintillazioneScintillatori organici ed inorganici: meccanismi e caratteristiche di emissione. Luce Cherenkov. Raccolta della luce. Fibre scintillanti. Wave Length Shifter. Fotomoltiplicatori, fotodiodi ed altri strumenti per la lettura della luce.Rivelatori a stato solidoProprietà dei semiconduttori, drogaggio, giunzione pn. Rivelatori al Silicio. Rivelatori a deriva di litio. Rivelatori al Germanio, rivelatori segmentati. Rivelatori a deriva. Rivelatori a strip. Rivelatori a pixel. Danni da radiazioni. Metodologie di rivelazione ed identificazioneRivelazione e spettrometria dei fotoni, soppressione compton, correzione doppler. Rivelazione e spettrometria di neutroni lenti e veloci. Identificazione in carica e massa mediante telescopi. Misura del tempo di volo ed identificazione in massa. Discriminazione in forma dei segnali di varie tipologie di rivelatori. Misura dell’impulso ed identificazione mediante deflessione magnetica. Principi di identificazione negli esperimenti di alta energia. Transition Radiation detector. Calorimetri. Programmi Monte Carlo di simulazione dei fenomeni di rivelazione.Elettronica Caratteristiche e trasporto dei segnali analogici. Modulistica per il trattamento dei segnali analogici: preamplificatori, amplificatori, discriminatori, convertitori analogico-digitali. Caratteristiche dei segnali logici e loro manipolazione. Modulistica varia per la fisica nucleare. Elettronica integrata. Digitalizzazione e campionamento dei segnali. Acquisizione dati Sistemi monoparametrici di acquisizione. Sistemi di Trigger. Sistemi multiparametrici di acquisizione: Camac, VME. Programmi di acquisizione e gestione dei dati on-line. Programmi di analisi dati: PAW, ROOT. Esperienze di laboratorio:Identificazione in carica dei prodotti di reazione mediante telescopio gas-silicio.Misura della radioattività ambientale e della radioattività di vari campioni mediante spettroscopia X e gamma con rivelatore ad alta risoluzione. Misura del tempo di volo con rivelatore al silicio e rivelatore a placche di microcanali Misure con i raggi cosmici. Misure di coincidenze tra gamma da sorgente. Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aula Esercitazioni in aula Esercitazioni in laboratorio sotto la guida del docente Esercitazioni in laboratorio con sola supervisione del docenteMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Osservazione dell’attività svolta dallo studente in laboratorio durante le esercitazioni perverificare le capacità di portare avanti un’esperienza di laboratorio.Valutazione dell’elaborato finale prodotto dallo studente su una specifica esperienza di laboratorio.Esame orale finale sui contenuti dell’elaborato e su tutto il programma svolto nelle lezioni frontali. Criteri per l’attribuzione del voto finale:Valutazione incrociata delle capacità mostrate dallo studente nelle attività di laboratorio e delle nozioni apprese dalle lezioni frontali.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICA NUCLEAREAnno di corso I Periodo II SEMESTRESettore scientifico-disciplinare FIS. 04CFU 6Eventuali propedeuticità: NessunaNome del docente CLAUDIO SPITALERIObiettivi formativi:Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei meccanismi alla base dell’Astrofisica Nucleare, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono alla generazione di energia ed evoluzione delle stelle. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni che si verificano nell’ambito dell’Astrofisica nucleare, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica Nucleare.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica Nucleare che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Programma di Astrofisica NuclearePARTE I1. INTRODUZIONE ALL'ASTROFISICA NUCLEARE :Nucleosintesi primordiale. Formazione delle stelle. Basi fisiche dell'evoluzione stellare .Equazione di stato e produzione energetica .Equazioni di equilibrio stellare. Evoluzione stellare. Combustioni quiescenti. Scenari esplosivi . Nucleosintesi stellare : combustione dell'idrogeno, combustione dell'elio. Processi r e s2. DEFINIZIONI E CARATTERISTICHE GENERALI DELLE REAZIONI TERMONUCLEARIDefinizioni : Sezione d'urto, rate di reazione, vita media.PARTE II3. DETERMINAZIONE DEL "RATE" DI REAZIONE NELLE STELLEReazioni non risonanti indotte da neutroni, reazioni non risonanti indotte particelle cariche.Reazioni risonanti4. MISURE DI SEZIONI D'URTO AD ENERGIE D'INTERESSE ASTROFISICOMisure dirette, Limite delle misure dirette. Screening elettronico in laboratorio e nelle steleMetodi indiretti, Richiami teorici: Meccanismi di reazione di tipo diretto. Misure indirette: ANC, Coulombdissociation, Metodo del Cavallo di Troia, R-matrix, Reazioni inverseReazioni con fasci radioattivi.5. APPARATI SPERIMENTALI E TECNICHE IN ASTROFISICA NUCLEARE Testi consigliati:l- Nuclear Astrophysics, C,Rolfs and W.S.Rodney- Cauldrons in the Cosmos,2- Nuclear Physics of Stars, C. Iliadis, WileyTesti da consultare- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley & Sons. Inc.- Introductory Nuclear Physics, P.E.Hodgson, E.Gadioli, E Gadioli Erba, Oxford SciencePublications- Introduzione all'Astrofisica Stellare, V. Castellani--------------------------------------------------------------Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifica sul livello di conoscenza dopo 18 e 36 ore di lezioni.Le verifiche saranno effettuate attraverso dei questionari di autovalutazione .Capacità di affrontare e sviluppare un argomento a scelta nel campo di una problematica fondamentale dell’astrofisica nucleare sperimentale o teorica.Mezzo consigliato. presentazione con PowerPoint Criteri per l’attribuzione del voto finale:- Automia nella preparazione dell’argomento, livello di conoscenza, capacità espositiva.- Costituisce parte integrante della valutazione al fine del voto la chiarezza di risposta alle domande legate all’argomento prescelto.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica delle Particelle 1Anno di corso 1 Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS04CFU 6Eventuali propedeuticità: Non sono richieste propedeuticità obbligatorie.Nome del docente: Sebastiano AlbergoObiettivi formativi: Il corso si propone di presentare agli studenti i fondamenti concettuali e fenomenologici della fisica delle particelle elementari, ponendo particolare attenzione al punto di vista sperimentale. Vengono anche presentati in dettaglio alcuni degli esperimenti che hanno portato a scoperte fondamentali nel campo. Programma del corso: • Richiami e Generalitào Il concetto di particella e i suoi numeri quanticio Fermioni e bosoni. Particelle e antiparticelleo Le forze di Yukawao Elementi di cinematica relativisticao Le unità di misura naturali• Il Modello a Quark e la carica di coloreo Mesoni e Barioni. o Classificazione in multiplettio Numeri quantici adronici: Barionico, Isospin, Stranezza, Charm, Bottom, Topo Il colore; o Libertà asintotica e confinamento.o Getti di adroni o Polarizzazione del vuoto.o Esperimenti di scoperta della particella J/PSIo Charmonio e Bottomio.o Deep Inelastic Scattering e-e ed e-p, Fattori di Forma, Funzione di Struttura o La scoperta del quark Top • Le interazioni debolio Richiami del decadimento beta o Decadimento del pione, del muone, del Kaone.o Violazione della parità nei decadimenti deboli. o Esperimento di Wu ed esperimento di Garwin-Lederman-Weinrich. o L’unificazione elettrodebole di Glashow, Salam e Weinbergo La scoperta delle correnti neutre: l’esperimento Gargamelleo La scoperta dei bosoni vettori W e Z: gli esperimenti UA1 e UA2o Oscillazioni di stranezza e violazione di CP nel settore dei kaoni: l’esperimento di Christensono Elicità dei neutrini: l’esperimento di Goldhaber • Introduzione ai fenomeni di mescolamentoo Simmetria quark-leptone e mixing dei quark. o Cenni sul meccanismo di GIM e sulla Matrice CKM. o Cenni sulle oscillazioni di neutrini o La Matrice PMNS di mescolamento dei neutriniAttività didattiche previste: lezioni frontali, lavoro di gruppoMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla verifica della capacità dello studente di argomentare i contenuti del corso. Si verificherà la chiarezza di esposizione e la capacità di inquadrare i temi richiesti in un contesto generale .Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente ed alle competenze acquisite.

Corso di Laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Struttura Nucleare Anno (I), Periodo (II Semestre)Settore Scientifico Disciplinare (FIS04)CFU (6)Lingua (Italiano)Nome del docente: Francesco CappuzzelloPropedeuticità in ambito Fisico • Meccanica quantistica (necessaria)• Elettromagnetismo (necessaria)• Teoria delle perturbazioni e metodi variazionali (necessaria)• Principi di funzionamento di rivelatori di radiazione (necessaria)Propedeuticità in ambito Matematico • Metodi matematici della meccanica quantistica (necessaria)• Metodi della seconda quantizzazione (necessaria)• Gruppi di simmetrie (consigliata)Principali obiettivi formativiConoscenza e capacità di comprensioneIl corso mira a due specifici obiettivi di conoscenza e capacità di comprensione1. Approfondire alcune tematiche basilari relative alla struttura del nucleo atomico, come oggetto di ricerca fondamentale. In tal senso il nucleo è rappresentato nel corso come una particolare forma di aggregazione della materia che ad oggi sfugge alla possibilità di essere spiegata a partire dai costituenti elementari della materia (quark, gluoni etc.). Piuttosto i nucleoni rappresentano i costituenti “elementari” mediante i quali è possibile una descrizione, seppure parziale, della ricca fenomenologia nota. Gli studenti apprendono che il numero relativamente grande di nucleoni e la non esistenza di una forma analitica “universale” del potenziale nucleone-nucleone nel mezzo limitano la possibilità di una descrizione microscopica della struttura nucleare. Per la ragione opposta le tecniche della meccanica statistica trovano una difficile collocazione in tale panorama di ricerca. Pertanto specifiche trattazioni del sistema many-body con approcci ipotetico-deduttivi, basati su modelli rappresentano la cifra culturale più importante di tale disciplina, e come tali sono discussi a lezione. Particolare rilievo è dato anche ai modelli collettivi, particolarmente efficaci nella descrizione di moti di rotazione e vibrazione dei nuclei. Il progetto culturale del corso si sofferma in particolare su: • Acquisizione critica del concetto di modello nel problema della struttura nucleare• Concetto di campo medio e significato fisico di orbitale di singolo nucleone• Concetto di interazione residua per lo studio di stati eccitati• Concetto di moto collettivo e di gradi di libertà collettivi2. Fornire gli strumenti e gli aggiornamenti necessari per un successivo ed eventuale lavoro di approfondimento su tematiche legate sia alla sperimentazione che alla teoria della moderna ricerca nel settore della struttura nucleare. Tale aspetto viene curato proponendo diversi collegamenti ed analogie fra i concetti elaborati a lezione e le tematiche più moderne della ricerca in tale settore. In particolare il corso prevede • Una descrizione panoramica delle principali idee caratterizzanti l’evoluzione storica della fisica della struttura nucleare• Una descrizione delle tecniche sperimentali più efficaci, con delle visite guidate ai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN e contestuale familiarizzazione con la complessa strumentazione ivi presente• Indicazione dei principali problemi irrisolti e delle tendenze attuali della ricercaCapacità di applicare conoscenza e comprensioneLa descrizione della struttura nucleare come sistema altamente complesso di nucleoni fortemente interagenti è particolarmente adeguata per stimolare la capacità dello studente di identificare gli aspetti più rilevanti di un problema. Inoltre la peculiare rilevanza che in tale settore della fisica assumono le approssimazioni, la riduzione delle teorie in modelli, la necessità di approcci sperimentali sempre più complessi permette allo studente la comprensione più profonda del senso dell’approssimazione. Il continuo confronto fra il concetto di campo medio nucleare con quello atomico e la rilevanza di determinate grandezze nucleari nei processi di evoluzione stellare permettono una proficua connessione fra campi della ricerca apparentemente molto diversi. Gli strumenti matematici richiesti e propedeutici sono essenziali per le dimostrazioni che si propongono a lezione e che si richiedono agli esami.Abilità comunicativeLa maggior parte dei testi e degli articoli proposti come materiale didattico sono in lingua inglese e ciò fornisce un utile stimolo per la comprensione da parte dello studente del linguaggio scientifico. Inoltre la potente rappresentazione grafica di correlazioni fra grandezze fisiche presente nel materiale didattico aumenta la capacità dello studente di ricercare la migliore forma possibile nella descrizione di un fenomeno. ProgrammaStruttura dei nucleiL’uso dei modelli nella fisica nucleare. Gradi di libertà e struttura nucleare. Modello a gas di Fermi. Numeri magici. Ipotesi di campo medio e concetto di orbite dei nucleoni. L’interazione di spin-orbita nucleare. Modello di Meyer, Haxel, Jensen. Momento di dipolo magnetico. Linee di Schmidt. Momento di quadrupolo elettrico. Deformazioni statiche. Stati eccitati.Fondamento microscopico del modello a shell. Teoria di Hartree-Fock. Termine diretto e di scambio. Interazione particle-hole. Mixing di configurazioni. Fattore spettroscopico. Stati di deep-hole. Modello a shell a molte particelle. Metodi di calcolo di modello a shell. Esperimento di Cavedon.Modello a potenziale deformato. Diagrammi di Nilsson. Moti collettivi rotazionali. Bande rotazionali. Backbending. Moti vibrazionali. Hamiltoniana di Bohr. Deformazioni dinamiche della superficie nucleare. Risonanze giganti. Sum rules. Modelli macroscopici. Modello idrodinamico di Steinwedel-Jensen. Modelli microscopici. Teoria di Tamm-Dancoff. Approssimazione RPA. Vibrazioni di pairing. Risonanza gigante di pairing.Misura delle principali grandezze della struttura nucleareMisure di energia. Determinazione dei momenti angolari e parità degli stati. Misure di vite medie. Misure di momenti magnetici. Misure di momenti elettrici. Misure di polarizzazione.Tecniche sperimentali Spettroscopia ? e multi-rivelatori. Spettrometria magnetica.Attività didattiche previsteLezioni alla lavagna.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimentoLa valutazione dell’apprendimento è basata su un esame orale. In tale occasione si valuta la capacità dello studente di esprimere i concetti elaborati durante le lezioni e la completezza della preparazione rispetto al programma svolto. Si esamina in particolare1. la capacità di dimostrare i concetti esprimibili matematicamente (dimostrazioni di teoremi e formalizzazione di relazioni fra grandezze fisiche); 2. la capacità critica nel confronto fra modelli e dati sperimentali;3. la conoscenza dell’ordine di grandezza delle principali grandezze fisiche caratteristiche della struttura nucleare;4. la conoscenza delle più rilevanti correlazioni fra grandezze mediante la rappresentazione su carta di grafici somministrati e discussi a lezione.L’esame consta di una decina di domande distribuite su tutto il programma di cui almeno tre prevedono la dimostrazione completa di teoremi atti ad evidenziare relazioni fra grandezze fisiche, almeno tre prevedono il commento sul confronto fra modelli teorici e dati sperimentali, almeno tre la descrizione di tecniche sperimentali o misure di grandezze fisiche, almeno una la conoscenza del valore approssimato di grandezze fisiche rilevanti.Criteri per l’attribuzione del voto finaleRispondenza degli argomentazioni espresse durante l’esame alle domande proposte.




























































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Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Teoria delle Interazioni Sub-Nucleari Anno di corso I Periodo II Settore scientifico-disciplinare FIS/02 CFU 6 Eventuali propedeuticità: Nome del docente Vincenzo Greco Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti Erasmus, il corso sarà tenuto in lingua inglese Obiettivi formativi: L’obiettivo del corso è di introdurre gli elementi di base della teoria dei campi quanto-relativistica in modo da fornire la base per la comprensione della teoria moderna delle interazioni fondamentali. Il filo conduttore del corso è costituito dal ruolo fondamentale giocato dalle simmetrie discrete e continue, globali e locali. Come applicazioni vengono discusse in dettaglio la QED come prototipo di descrizione quanto-relativistica di un’interazione fondamentale e la teoria delle interazioni forti, QCD, come teoria di gauge non-abeliana. Particolare spazio viene dato al calcolo esplicito di sezioni d’urto e decadimenti in teoria dei campi. Programma del corso: IntroduzioneAnalisi dimensionale, scale energetiche e tempi caratteristici dei processi delle interazioni fondamentali. Notazione e definizione del gruppo di Lorentz. Equazione di Klein-Gordon, di Dirac e di Proca: legame con i gradi di libertà delle particelle. Meccanica Quantistica e Relatività ristretta: necessità di una teoria dei campi. Legame tra un sistema di infiniti oscillatori armonici e la teoria dei campi.Teoria Lagrangiana dei campi classiciPrincipio d’azione ed equazioni di Eulero-Lagrange. Formulazione Hamiltoniana. Simmetrie interne e spazio-temporali, discrete e continue, globali e di gauge. Teorema di Noether. Tensore energia-impulso. Esempi per un campo scalare, spinoriale ed elettromagnetico. Teoria dei campi quantizzati Quantizzazione canonica dei campi scalari, spinoriali ed elettromagnetici. Relazione spin-statistica. Soluzione del problema di causalità in teoria dei campi. Campi interagenti. Propagatori fermionici e bosonici. Evoluzione temporale degli operatori di campo nella rappresentazione d’interazione. Teoria perturbativa per un campo quanto-relativistico. Ordinamento normale e temporale dei prodotti di campo e Teorema di Wick. Definizione Matrice S , T ed M e legame con la sezione d’urto di scattering e i tempi di decadimento delle particelle. Diagrammi di Feymann e accenno alle correzioni radiative.Elettrodinamica Quantistica – QEDCampo di gauge, accoppiamento minimale e formulazione della QED. Regole di Feynmann per la QED. Diagrammi con linee fotoniche esterne: radiation gauge. Variabili di Mandelstam e loro utilità nel calcolo delle sezioni d’urto: s-channel, t-channel ed u-channel. Crossing symmetry (relazioni di simmetria tra i vari diagrammi). Calcolo completo di: Scattering Coulombiano di elettroni e positroni e riduzione non-relativistica alla sezione d’urto di Rutherford Scattering di elettroni: sezione d’urto di Moeller. Scattering elettrone-positrone: Babbha scattering. Scattering Compton. Accenno alla formulazione della lagrangiana d’interazione elettrodebole (EW). Esempio: contributo dello Z0 al processo e+e? ?? ???? ? Interazione Forte - QCDIntroduzione all’interazione forte e alla lagrangiana della cromodinamica quantistica; prove dell’esistenza dei quark e dei gradi di libertà di sapore e colore. Interazione di gauge non-abeliana in SU(2) e generalizzazione ad SU(3). Forma del tensore bosonico non abeliano. Confronto diagrammi di Feynmann in QED e QCD. Proprietà di liberta asintotica e confinamento. Collisioni deep-inelastic e modello a partoni. Derivazione della formula di Rosenbluth. Bjorken scaling e funzioni di distribuzione partoniche. Diagrammi di QCD perturbativa al II0 ordine e calcolo della sezione d’urto dei processi EMBED Equation.3 . Introduction. Dimenisonal analysis, energy and time scales of the fundamental interaction. Lorentz Group. Klein-Gordon,Dirac and Proca equations – Why do we need a relativistic field theory. Relation between a infinite system of harmonic oscillators and the field Lagrangian theory of classical fieldsEuler-Lagrange equations. Hamiltonian formalism. Internal and space-time symmetries: continue and discontinuous, global and gauge symmetries. Noether Theorem. Energy-Momentum Tensor. Examples for scalar, spinor, electromagnetic fields. Quantum field theory Canonical Quantization for a scalar, spinorial and electromagnetic field. Spin-Statistics relation. Solution of the causality problem in quantum field theory. Interacting Fields. Fermionic and Bosonic Propagators. Temporal evolution of the field operator in Dirac representation. Perturbation Theory in quantum field theory. Normal e temporal order of field product operators and Wick Theorem. Definition of S, T ed M matrices and link to scattering cross section e decay width. Feymann diagram and outline of radiative correction.Quantum Electrodynamics (QED)Gauge field, minimal coupling and formulation of QED. Feynmann rules for the QED. Diagrams with external photon lines: radiation gauge. Mandelstam invariants and cross sections: s-channel, t-channel ed u-channel. Crossing symmetry. Explicit calculation of Coulomb, Moeller, Bhabba, Compton cross sections. Outline of electroweak interactions and Feymann rules for electroweak processes. Examples: contribution of Z0 to e+e- - processes. Strong interaction (QCD)Introduction to strong interactions and Quantum Chromodynamics; proof of quark and gluon, flavor and color degrees of freedom. Non-abelian gauge interaction in SU(2) e generalization to SU(3). Non-Abelian bosonic tensor. Comparison of Feynmann diagrams in QED and QCD. Asymptotic freedom and confinement. Deep-inelastic collisions and parton models. Derivation of Rosenbluth formula. Bjorken scaling and parton distribution functions. Perturbative QCD diagrams at II0 order and evalution of cross section for EMBED Equation.3 .Attività didattiche previste: lezioni frontali ed esercitazioni Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale con almeno una domanda per ognuno dei quattro blocchi principali del programma del corso: Teoria Lagrangiana dei campi classici, Teoria dei campi quantizzati, Elettrodinamica Quantistica, Interazione Forte. L’esame orale viene preceduto da una prova scritta che verte sul calcolo esplicito di un processo di scattering o decadimento. Tale prova non è associata direttamente ad un voto ma serve ad accertarsi che al di là della comprensione formale degli argomenti lo studente abbia acquisito la capacità concreta di svolgere dei calcoli su processi di basse associati alle interazioni sub-nucleari. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Il voto finale verrà attribuito, previa verifica tramite la prova scritta dell’acquisizione da parte dello studente della capacità di svolgere calcoli di base tipici dei processi sub-nucleari, sulla base della capacità di esporre i vari argomenti del corso distinguendo tra gli aspetti più essenziali e evidenziando legami tra essi se pertinenti.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Laboratorio di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: Primo Periodo: Primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS01CFU: 6Eventuali propedeuticità: nessunaNome del docente: Giuseppe PolitiObiettivi formativi:Approfondire la conoscenza dello studente delle varie metodologie di rivelazione di particelle e di analisi dati tipicamente utilizzati nell’ambito della fisica nucleare e subnucleare.Sviluppare la capacità di utilizzare in modo indipendente strumentazione caratteristica della fisica nucleare e subnucleare, per poter poi assemblare e mettere in opera varie esperienze di laboratorio, con relativa acquisizione dei dati e successiva analisi finale dei risultati.Programma del corso: Richiami alla interazione Radiazione Materia Particelle cariche leggere e pesanti: perdita specifica d’energia, range, programmi di calcolo. Effetto Cherenkov. Radiazione di Transizione. Fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Sciami elettromagnetici. Interazione dei neutroni. Sciami adronici Richiami alle caratteristiche generali dei rivelatori Modi operativi. Funzione di risposta e calibrazione. Risoluzione energetica. Risposta e risoluzione temporale. Tempo morto. Efficienze di rivelazione. Misure di attività di sorgenti. Rivelatori a gasRichiami ai principi e regimi di funzionamento. Camere a ionizzazione, contatori proporzionali, contatori Geiger. Multi Wire Proportional Chamber. Microstrip Gas Chamber. Camera a deriva. Resistive Plate Chamber. Gas Electron multiplier. Time Projection Chamber. Problematiche dei rivelatori a gas. Camere a ionizzazione con liquidi. Rivelatori a scintillazioneScintillatori organici ed inorganici: meccanismi e caratteristiche di emissione. Luce Cherenkov. Raccolta della luce. Fibre scintillanti. Wave Length Shifter. Fotomoltiplicatori, fotodiodi ed altri strumenti per la lettura della luce.Rivelatori a stato solidoProprietà dei semiconduttori, drogaggio, giunzione pn. Rivelatori al Silicio. Rivelatori a deriva di litio. Rivelatori al Germanio, rivelatori segmentati. Rivelatori a deriva. Rivelatori a strip. Rivelatori a pixel. Danni da radiazioni. Metodologie di rivelazione ed identificazioneRivelazione e spettrometria dei fotoni, soppressione compton, correzione doppler. Rivelazione e spettrometria di neutroni lenti e veloci. Identificazione in carica e massa mediante telescopi. Misura del tempo di volo ed identificazione in massa. Discriminazione in forma dei segnali di varie tipologie di rivelatori. Misura dell’impulso ed identificazione mediante deflessione magnetica. Principi di identificazione negli esperimenti di alta energia. Transition Radiation detector. Calorimetri. Programmi Monte Carlo di simulazione dei fenomeni di rivelazione.Elettronica Caratteristiche e trasporto dei segnali analogici. Modulistica per il trattamento dei segnali analogici: preamplificatori, amplificatori, discriminatori, convertitori analogico-digitali. Caratteristiche dei segnali logici e loro manipolazione. Modulistica varia per la fisica nucleare. Elettronica integrata. Digitalizzazione e campionamento dei segnali. Acquisizione dati Sistemi monoparametrici di acquisizione. Sistemi di Trigger. Sistemi multiparametrici di acquisizione: Camac, VME. Programmi di acquisizione e gestione dei dati on-line. Programmi di analisi dati: PAW, ROOT. Esperienze di laboratorio:Identificazione in carica dei prodotti di reazione mediante telescopio gas-silicio.Misura della radioattività ambientale e della radioattività di vari campioni mediante spettroscopia X e gamma con rivelatore ad alta risoluzione. Misura del tempo di volo con rivelatore al silicio e rivelatore a placche di microcanali Misure con i raggi cosmici. Misure di coincidenze tra gamma da sorgente. Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aula Esercitazioni in aula Esercitazioni in laboratorio sotto la guida del docente Esercitazioni in laboratorio con sola supervisione del docenteMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Osservazione dell’attività svolta dallo studente in laboratorio durante le esercitazioni perverificare le capacità di portare avanti un’esperienza di laboratorio.Valutazione dell’elaborato finale prodotto dallo studente su una specifica esperienza di laboratorio.Esame orale finale sui contenuti dell’elaborato e su tutto il programma svolto nelle lezioni frontali. Criteri per l’attribuzione del voto finale:Valutazione incrociata delle capacità mostrate dallo studente nelle attività di laboratorio e delle nozioni apprese dalle lezioni frontali.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICA NUCLEAREAnno di corso I Periodo II SEMESTRESettore scientifico-disciplinare FIS. 04CFU 6Eventuali propedeuticità: NessunaNome del docente CLAUDIO SPITALERIObiettivi formativi:Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei meccanismi alla base dell’Astrofisica Nucleare, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono alla generazione di energia ed evoluzione delle stelle. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni che si verificano nell’ambito dell’Astrofisica nucleare, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica Nucleare.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica Nucleare che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Programma di Astrofisica NuclearePARTE I1. INTRODUZIONE ALL'ASTROFISICA NUCLEARE :Nucleosintesi primordiale. Formazione delle stelle. Basi fisiche dell'evoluzione stellare .Equazione di stato e produzione energetica .Equazioni di equilibrio stellare. Evoluzione stellare. Combustioni quiescenti. Scenari esplosivi . Nucleosintesi stellare : combustione dell'idrogeno, combustione dell'elio. Processi r e s2. DEFINIZIONI E CARATTERISTICHE GENERALI DELLE REAZIONI TERMONUCLEARIDefinizioni : Sezione d'urto, rate di reazione, vita media.PARTE II3. DETERMINAZIONE DEL "RATE" DI REAZIONE NELLE STELLEReazioni non risonanti indotte da neutroni, reazioni non risonanti indotte particelle cariche.Reazioni risonanti4. MISURE DI SEZIONI D'URTO AD ENERGIE D'INTERESSE ASTROFISICOMisure dirette, Limite delle misure dirette. Screening elettronico in laboratorio e nelle steleMetodi indiretti, Richiami teorici: Meccanismi di reazione di tipo diretto. Misure indirette: ANC, Coulombdissociation, Metodo del Cavallo di Troia, R-matrix, Reazioni inverseReazioni con fasci radioattivi.5. APPARATI SPERIMENTALI E TECNICHE IN ASTROFISICA NUCLEARE Testi consigliati:l- Nuclear Astrophysics, C,Rolfs and W.S.Rodney- Cauldrons in the Cosmos,2- Nuclear Physics of Stars, C. Iliadis, WileyTesti da consultare- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley & Sons. Inc.- Introductory Nuclear Physics, P.E.Hodgson, E.Gadioli, E Gadioli Erba, Oxford SciencePublications- Introduzione all'Astrofisica Stellare, V. Castellani--------------------------------------------------------------Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifica sul livello di conoscenza dopo 18 e 36 ore di lezioni.Le verifiche saranno effettuate attraverso dei questionari di autovalutazione .Capacità di affrontare e sviluppare un argomento a scelta nel campo di una problematica fondamentale dell’astrofisica nucleare sperimentale o teorica.Mezzo consigliato. presentazione con PowerPoint Criteri per l’attribuzione del voto finale:- Automia nella preparazione dell’argomento, livello di conoscenza, capacità espositiva.- Costituisce parte integrante della valutazione al fine del voto la chiarezza di risposta alle domande legate all’argomento prescelto.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica delle Particelle 1Anno di corso 1 Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS04CFU 6Eventuali propedeuticità: Non sono richieste propedeuticità obbligatorie.Nome del docente: Sebastiano AlbergoObiettivi formativi: Il corso si propone di presentare agli studenti i fondamenti concettuali e fenomenologici della fisica delle particelle elementari, ponendo particolare attenzione al punto di vista sperimentale. Vengono anche presentati in dettaglio alcuni degli esperimenti che hanno portato a scoperte fondamentali nel campo. Programma del corso: • Richiami e Generalitào Il concetto di particella e i suoi numeri quanticio Fermioni e bosoni. Particelle e antiparticelleo Le forze di Yukawao Elementi di cinematica relativisticao Le unità di misura naturali• Il Modello a Quark e la carica di coloreo Mesoni e Barioni. o Classificazione in multiplettio Numeri quantici adronici: Barionico, Isospin, Stranezza, Charm, Bottom, Topo Il colore; o Libertà asintotica e confinamento.o Getti di adroni o Polarizzazione del vuoto.o Esperimenti di scoperta della particella J/PSIo Charmonio e Bottomio.o Deep Inelastic Scattering e-e ed e-p, Fattori di Forma, Funzione di Struttura o La scoperta del quark Top • Le interazioni debolio Richiami del decadimento beta o Decadimento del pione, del muone, del Kaone.o Violazione della parità nei decadimenti deboli. o Esperimento di Wu ed esperimento di Garwin-Lederman-Weinrich. o L’unificazione elettrodebole di Glashow, Salam e Weinbergo La scoperta delle correnti neutre: l’esperimento Gargamelleo La scoperta dei bosoni vettori W e Z: gli esperimenti UA1 e UA2o Oscillazioni di stranezza e violazione di CP nel settore dei kaoni: l’esperimento di Christensono Elicità dei neutrini: l’esperimento di Goldhaber • Introduzione ai fenomeni di mescolamentoo Simmetria quark-leptone e mixing dei quark. o Cenni sul meccanismo di GIM e sulla Matrice CKM. o Cenni sulle oscillazioni di neutrini o La Matrice PMNS di mescolamento dei neutriniAttività didattiche previste: lezioni frontali, lavoro di gruppoMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla verifica della capacità dello studente di argomentare i contenuti del corso. Si verificherà la chiarezza di esposizione e la capacità di inquadrare i temi richiesti in un contesto generale .Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente ed alle competenze acquisite.

Corso di Laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Struttura Nucleare Anno (I), Periodo (II Semestre)Settore Scientifico Disciplinare (FIS04)CFU (6)Lingua (Italiano)Nome del docente: Francesco CappuzzelloPropedeuticità in ambito Fisico • Meccanica quantistica (necessaria)• Elettromagnetismo (necessaria)• Teoria delle perturbazioni e metodi variazionali (necessaria)• Principi di funzionamento di rivelatori di radiazione (necessaria)Propedeuticità in ambito Matematico • Metodi matematici della meccanica quantistica (necessaria)• Metodi della seconda quantizzazione (necessaria)• Gruppi di simmetrie (consigliata)Principali obiettivi formativiConoscenza e capacità di comprensioneIl corso mira a due specifici obiettivi di conoscenza e capacità di comprensione1. Approfondire alcune tematiche basilari relative alla struttura del nucleo atomico, come oggetto di ricerca fondamentale. In tal senso il nucleo è rappresentato nel corso come una particolare forma di aggregazione della materia che ad oggi sfugge alla possibilità di essere spiegata a partire dai costituenti elementari della materia (quark, gluoni etc.). Piuttosto i nucleoni rappresentano i costituenti “elementari” mediante i quali è possibile una descrizione, seppure parziale, della ricca fenomenologia nota. Gli studenti apprendono che il numero relativamente grande di nucleoni e la non esistenza di una forma analitica “universale” del potenziale nucleone-nucleone nel mezzo limitano la possibilità di una descrizione microscopica della struttura nucleare. Per la ragione opposta le tecniche della meccanica statistica trovano una difficile collocazione in tale panorama di ricerca. Pertanto specifiche trattazioni del sistema many-body con approcci ipotetico-deduttivi, basati su modelli rappresentano la cifra culturale più importante di tale disciplina, e come tali sono discussi a lezione. Particolare rilievo è dato anche ai modelli collettivi, particolarmente efficaci nella descrizione di moti di rotazione e vibrazione dei nuclei. Il progetto culturale del corso si sofferma in particolare su: • Acquisizione critica del concetto di modello nel problema della struttura nucleare• Concetto di campo medio e significato fisico di orbitale di singolo nucleone• Concetto di interazione residua per lo studio di stati eccitati• Concetto di moto collettivo e di gradi di libertà collettivi2. Fornire gli strumenti e gli aggiornamenti necessari per un successivo ed eventuale lavoro di approfondimento su tematiche legate sia alla sperimentazione che alla teoria della moderna ricerca nel settore della struttura nucleare. Tale aspetto viene curato proponendo diversi collegamenti ed analogie fra i concetti elaborati a lezione e le tematiche più moderne della ricerca in tale settore. In particolare il corso prevede • Una descrizione panoramica delle principali idee caratterizzanti l’evoluzione storica della fisica della struttura nucleare• Una descrizione delle tecniche sperimentali più efficaci, con delle visite guidate ai Laboratori Nazionali del Sud dell’INFN e contestuale familiarizzazione con la complessa strumentazione ivi presente• Indicazione dei principali problemi irrisolti e delle tendenze attuali della ricercaCapacità di applicare conoscenza e comprensioneLa descrizione della struttura nucleare come sistema altamente complesso di nucleoni fortemente interagenti è particolarmente adeguata per stimolare la capacità dello studente di identificare gli aspetti più rilevanti di un problema. Inoltre la peculiare rilevanza che in tale settore della fisica assumono le approssimazioni, la riduzione delle teorie in modelli, la necessità di approcci sperimentali sempre più complessi permette allo studente la comprensione più profonda del senso dell’approssimazione. Il continuo confronto fra il concetto di campo medio nucleare con quello atomico e la rilevanza di determinate grandezze nucleari nei processi di evoluzione stellare permettono una proficua connessione fra campi della ricerca apparentemente molto diversi. Gli strumenti matematici richiesti e propedeutici sono essenziali per le dimostrazioni che si propongono a lezione e che si richiedono agli esami.Abilità comunicativeLa maggior parte dei testi e degli articoli proposti come materiale didattico sono in lingua inglese e ciò fornisce un utile stimolo per la comprensione da parte dello studente del linguaggio scientifico. Inoltre la potente rappresentazione grafica di correlazioni fra grandezze fisiche presente nel materiale didattico aumenta la capacità dello studente di ricercare la migliore forma possibile nella descrizione di un fenomeno. ProgrammaStruttura dei nucleiL’uso dei modelli nella fisica nucleare. Gradi di libertà e struttura nucleare. Modello a gas di Fermi. Numeri magici. Ipotesi di campo medio e concetto di orbite dei nucleoni. L’interazione di spin-orbita nucleare. Modello di Meyer, Haxel, Jensen. Momento di dipolo magnetico. Linee di Schmidt. Momento di quadrupolo elettrico. Deformazioni statiche. Stati eccitati.Fondamento microscopico del modello a shell. Teoria di Hartree-Fock. Termine diretto e di scambio. Interazione particle-hole. Mixing di configurazioni. Fattore spettroscopico. Stati di deep-hole. Modello a shell a molte particelle. Metodi di calcolo di modello a shell. Esperimento di Cavedon.Modello a potenziale deformato. Diagrammi di Nilsson. Moti collettivi rotazionali. Bande rotazionali. Backbending. Moti vibrazionali. Hamiltoniana di Bohr. Deformazioni dinamiche della superficie nucleare. Risonanze giganti. Sum rules. Modelli macroscopici. Modello idrodinamico di Steinwedel-Jensen. Modelli microscopici. Teoria di Tamm-Dancoff. Approssimazione RPA. Vibrazioni di pairing. Risonanza gigante di pairing.Misura delle principali grandezze della struttura nucleareMisure di energia. Determinazione dei momenti angolari e parità degli stati. Misure di vite medie. Misure di momenti magnetici. Misure di momenti elettrici. Misure di polarizzazione.Tecniche sperimentali Spettroscopia ? e multi-rivelatori. Spettrometria magnetica.Attività didattiche previsteLezioni alla lavagna.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimentoLa valutazione dell’apprendimento è basata su un esame orale. In tale occasione si valuta la capacità dello studente di esprimere i concetti elaborati durante le lezioni e la completezza della preparazione rispetto al programma svolto. Si esamina in particolare1. la capacità di dimostrare i concetti esprimibili matematicamente (dimostrazioni di teoremi e formalizzazione di relazioni fra grandezze fisiche); 2. la capacità critica nel confronto fra modelli e dati sperimentali;3. la conoscenza dell’ordine di grandezza delle principali grandezze fisiche caratteristiche della struttura nucleare;4. la conoscenza delle più rilevanti correlazioni fra grandezze mediante la rappresentazione su carta di grafici somministrati e discussi a lezione.L’esame consta di una decina di domande distribuite su tutto il programma di cui almeno tre prevedono la dimostrazione completa di teoremi atti ad evidenziare relazioni fra grandezze fisiche, almeno tre prevedono il commento sul confronto fra modelli teorici e dati sperimentali, almeno tre la descrizione di tecniche sperimentali o misure di grandezze fisiche, almeno una la conoscenza del valore approssimato di grandezze fisiche rilevanti.Criteri per l’attribuzione del voto finaleRispondenza degli argomentazioni espresse durante l’esame alle domande proposte.




























































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Corso di laurea in Fisica (LM 17) Scheda dell’insegnamento di Teoria delle Interazioni Sub-Nucleari Anno di corso I Periodo II Settore scientifico-disciplinare FIS/02 CFU 6 Eventuali propedeuticità: Nome del docente Vincenzo Greco Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti Erasmus, il corso sarà tenuto in lingua inglese Obiettivi formativi: L’obiettivo del corso è di introdurre gli elementi di base della teoria dei campi quanto-relativistica in modo da fornire la base per la comprensione della teoria moderna delle interazioni fondamentali. Il filo conduttore del corso è costituito dal ruolo fondamentale giocato dalle simmetrie discrete e continue, globali e locali. Come applicazioni vengono discusse in dettaglio la QED come prototipo di descrizione quanto-relativistica di un’interazione fondamentale e la teoria delle interazioni forti, QCD, come teoria di gauge non-abeliana. Particolare spazio viene dato al calcolo esplicito di sezioni d’urto e decadimenti in teoria dei campi. Programma del corso: IntroduzioneAnalisi dimensionale, scale energetiche e tempi caratteristici dei processi delle interazioni fondamentali. Notazione e definizione del gruppo di Lorentz. Equazione di Klein-Gordon, di Dirac e di Proca: legame con i gradi di libertà delle particelle. Meccanica Quantistica e Relatività ristretta: necessità di una teoria dei campi. Legame tra un sistema di infiniti oscillatori armonici e la teoria dei campi.Teoria Lagrangiana dei campi classiciPrincipio d’azione ed equazioni di Eulero-Lagrange. Formulazione Hamiltoniana. Simmetrie interne e spazio-temporali, discrete e continue, globali e di gauge. Teorema di Noether. Tensore energia-impulso. Esempi per un campo scalare, spinoriale ed elettromagnetico. Teoria dei campi quantizzati Quantizzazione canonica dei campi scalari, spinoriali ed elettromagnetici. Relazione spin-statistica. Soluzione del problema di causalità in teoria dei campi. Campi interagenti. Propagatori fermionici e bosonici. Evoluzione temporale degli operatori di campo nella rappresentazione d’interazione. Teoria perturbativa per un campo quanto-relativistico. Ordinamento normale e temporale dei prodotti di campo e Teorema di Wick. Definizione Matrice S , T ed M e legame con la sezione d’urto di scattering e i tempi di decadimento delle particelle. Diagrammi di Feymann e accenno alle correzioni radiative.Elettrodinamica Quantistica – QEDCampo di gauge, accoppiamento minimale e formulazione della QED. Regole di Feynmann per la QED. Diagrammi con linee fotoniche esterne: radiation gauge. Variabili di Mandelstam e loro utilità nel calcolo delle sezioni d’urto: s-channel, t-channel ed u-channel. Crossing symmetry (relazioni di simmetria tra i vari diagrammi). Calcolo completo di: Scattering Coulombiano di elettroni e positroni e riduzione non-relativistica alla sezione d’urto di Rutherford Scattering di elettroni: sezione d’urto di Moeller. Scattering elettrone-positrone: Babbha scattering. Scattering Compton. Accenno alla formulazione della lagrangiana d’interazione elettrodebole (EW). Esempio: contributo dello Z0 al processo e+e? ?? ???? ? Interazione Forte - QCDIntroduzione all’interazione forte e alla lagrangiana della cromodinamica quantistica; prove dell’esistenza dei quark e dei gradi di libertà di sapore e colore. Interazione di gauge non-abeliana in SU(2) e generalizzazione ad SU(3). Forma del tensore bosonico non abeliano. Confronto diagrammi di Feynmann in QED e QCD. Proprietà di liberta asintotica e confinamento. Collisioni deep-inelastic e modello a partoni. Derivazione della formula di Rosenbluth. Bjorken scaling e funzioni di distribuzione partoniche. Diagrammi di QCD perturbativa al II0 ordine e calcolo della sezione d’urto dei processi EMBED Equation.3 . Introduction. Dimenisonal analysis, energy and time scales of the fundamental interaction. Lorentz Group. Klein-Gordon,Dirac and Proca equations – Why do we need a relativistic field theory. Relation between a infinite system of harmonic oscillators and the field Lagrangian theory of classical fieldsEuler-Lagrange equations. Hamiltonian formalism. Internal and space-time symmetries: continue and discontinuous, global and gauge symmetries. Noether Theorem. Energy-Momentum Tensor. Examples for scalar, spinor, electromagnetic fields. Quantum field theory Canonical Quantization for a scalar, spinorial and electromagnetic field. Spin-Statistics relation. Solution of the causality problem in quantum field theory. Interacting Fields. Fermionic and Bosonic Propagators. Temporal evolution of the field operator in Dirac representation. Perturbation Theory in quantum field theory. Normal e temporal order of field product operators and Wick Theorem. Definition of S, T ed M matrices and link to scattering cross section e decay width. Feymann diagram and outline of radiative correction.Quantum Electrodynamics (QED)Gauge field, minimal coupling and formulation of QED. Feynmann rules for the QED. Diagrams with external photon lines: radiation gauge. Mandelstam invariants and cross sections: s-channel, t-channel ed u-channel. Crossing symmetry. Explicit calculation of Coulomb, Moeller, Bhabba, Compton cross sections. Outline of electroweak interactions and Feymann rules for electroweak processes. Examples: contribution of Z0 to e+e- - processes. Strong interaction (QCD)Introduction to strong interactions and Quantum Chromodynamics; proof of quark and gluon, flavor and color degrees of freedom. Non-abelian gauge interaction in SU(2) e generalization to SU(3). Non-Abelian bosonic tensor. Comparison of Feynmann diagrams in QED and QCD. Asymptotic freedom and confinement. Deep-inelastic collisions and parton models. Derivation of Rosenbluth formula. Bjorken scaling and parton distribution functions. Perturbative QCD diagrams at II0 order and evalution of cross section for EMBED Equation.3 .Attività didattiche previste: lezioni frontali ed esercitazioni Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale con almeno una domanda per ognuno dei quattro blocchi principali del programma del corso: Teoria Lagrangiana dei campi classici, Teoria dei campi quantizzati, Elettrodinamica Quantistica, Interazione Forte. L’esame orale viene preceduto da una prova scritta che verte sul calcolo esplicito di un processo di scattering o decadimento. Tale prova non è associata direttamente ad un voto ma serve ad accertarsi che al di là della comprensione formale degli argomenti lo studente abbia acquisito la capacità concreta di svolgere dei calcoli su processi di basse associati alle interazioni sub-nucleari. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Il voto finale verrà attribuito, previa verifica tramite la prova scritta dell’acquisizione da parte dello studente della capacità di svolgere calcoli di base tipici dei processi sub-nucleari, sulla base della capacità di esporre i vari argomenti del corso distinguendo tra gli aspetti più essenziali e evidenziando legami tra essi se pertinenti.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Quantistica AvanzataAnno di corso: I Periodo: primo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica TeoricaNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua inglese.Obiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a sistemi fisici.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Equazione di Schroedinger nel continuoDiffusione elastica di due particelle, ampiezza di diffusione, approssimazione di Born con potenziali coulombiano e yukawiano, diffusione da una targhetta estesa.Metodi di approssimazione per stati stazionariSviluppo perturbativo dell’ equazione di Schroedinger nei casi non degenere e degenere, effetto Stark, effetto Zeeman, metodo variazionale, energia di legame dell’atomo di elio: confronto tra le stime perturbativa e variazionale dell’energia di legame dell’atomo di elio.Equazioni del motoRappresentazione di Heisenberg, Relazione tra simmetrie e teoremi di conservazione, limite classico: teorema di Ehrenfest, allargamento del pacchetto d’onda, sistema a due livelli: formula di Rabi.Teoria perturbativa dipendente dal tempoRappresentazione d’interazione, transizioni quantistiche atomiche indotte da campo e.m. ,approssimazione di dipolo e regore di selezione sul momento Ancora sul momento angolareComposizione di momenti angolari, coefficienti di Clabsch-Gordan, operatori tensoriali, teoremi di Wigner-Eckart e delle proiezioni.Meccanica Statistica QuantisticaMedia temporale e media statistica, insiemi microcanonico e grancanonico, connessione con la termodinamica, gas non interagrenti di fermioni e bosoni, radiazione di corpo neroFormulazione covariante della equazione di Schroedinger Equazione di Klein-Gordon – Equazione di Dirac e spinori – interazione spin-orbita------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Advanced Quantum MechanicsSchroedinger equation in the continuumElastic diffusion of two particles, scattering amplitude, Born approximation with Coulomb and Yukawa potentials, scattering from an extended target.Approximation methods for stationary statesPerturbative expansion of the Schroedinger equation in the non degenerate and degenerate cases – Stark effect – Zeeman effect-Variational method – binding energy of the He atom: comparison between perturbative and variational estimates of the binding energy. Equations of motionHeisenberg representation – Relation between symmetries and conservation theorems - Classical limit: Ehrenfest theorem- Spreading of the wave packet – two-level system: Rabi formula.Time dependent perturbation theory Interaction representation - e.m. atomic quantum transitions – dipole approximation and angular momentum selection rules.More on the angular momentumComposition of angular momenta - Clebsch-Gordan coefficients – tensor operators – Wigner-Eckart and projection theorems.Quantum Statistical MechanicsTime and statistical average –microcanonical and grancanonical Ensembles – connection with thermodynamics – non interacting fermion and boson gases – black body radiation.Covariant formulation of the Schroedinger equation Klein-Gordon equation – Dirac equation and spinors – spin-orbit interaction .---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali, esercitazioni in aula, seminari tenuti dagli studenti. Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: soluzione di problemi che richiede prima una chiave di risoluzione basata sui principi e metodi insegnati e quindi una abilità disviluppo formale aquisita nel corso delle esercitazioni. Criteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione ponderata dello scritto e dell’esame orale.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di: Struttura della materiaAnno di corso: 1 Periodo: 1Settore scientifico-disciplinare: FIS/03CFU: 6Eventuali propedeuticità: -Nome del docente: G. G. N. AngilellaSe
concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da
accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
lingua inglese.Obiettivi formativi: Il corso introduce i
sistemi di maggiore interesse e i problemi fondamentali della fisica
della materia condensata. Si farà riferimento sia ai fatti sperimentali
che alle interpretazioni teoriche. Si tratteranno anche alcuni argomenti
monografici di interesse nelle applicazioni e nella ricerca scientifica
corrente.Programma del corso: Struttura dei solidi cristallini.
Scattering di raggi X e altre tecniche sperimentali. Sistemi complessi:
liquidi, superreticoli, quasicristalli. Struttura elettronica. Il
teorema di Bloch. Elettroni quasi liberi e fortemente legati. Superficie
di Fermi.Densità degli stati. Singolarità di Van Hove (Transizioni
Topologiche Elettroniche). Modello tight-binding. Massa efficace.
Fononi. Calori specifici. Superconduttori ad alta Tc. Grafene.Attività didattiche previste: Lezioni frontali e seminari integrativi.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Esame orale.Criteri
per l’attribuzione del voto finale: Verifica della conoscenza e
dell'approfondimento degli argomenti fondamentali del corso, con
eventuali collegamenti ad argomenti di fisica generale, con riferimento
agli interessi specifici del candidato ed al suo percorso di studi
(curriculum).Sito web: http://www.dfa.unict.it/home/angilella

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento: METODI MATEMATICI DELLA FISICASSD: FIS/02 FISICA TEORICAAnno: ISem: PRIMOCrediti: 6Carico: 150Numero ore: LEZIONI: 48 STUDIO INDIVIDUALE: 102 Docente: GIUSEPPE GIANSIRACUSAobiettivi formativi: Conoscenza dello sviluppo in serie di Fourier e delle trasformate di Fourier e di Laplace di funzioni e distribuzioni. Capacità di risolvere le principali equazioni differenziali ed integrali della Fisica.Propedeuticità:Analisi matematica, teoria dell’integrazione, Spazi vettoriali, operatori lineari, analisi spettrale, funzioni analiticheContenuto del corso:Approssimazione in media delle funzioni generalmente continue con sistemi di funzioni continue. Teoremi sulla completezza di sistemi di funzioni – Convergenza in media e convergenza puntuale – Integrali di Dirichlet – Serie di Fourier di funzioni generalmente continue e loro convergenza – Formula integrale di Fourier – Trasformate di Fourier e di Laplace con le loro proprietà più importanti – Cenni sulla teoria della misura e dell’integrazione secondo Lebesgue – Estensione alle funzioni di classe L1 ed L2 ed alle distribuzioni dello sviluppo in serie di Fourier e della trasformata di Fourier – Le equazioni integrali di Fredholm e di Volterra con nucleo di Hilbert-Schmidt - Alcune tecniche per la loro risoluzione – Teoria della Risolvente – Serie di Neumann – Studio delle Equazioni integrali con nucleo simmetrico - Teorema di Hilbert-Schmidt ed sue applicazioni – Connessione tra equazioni integrali e problemi di Sturm-Liouville

Testi di riferimento:
A.N. Kolmogorov, S.V. Fomin: Elementi di Teoria delle funzioni e di analisi funzionale, Edizioni Mir - V.Smirnov:Corso di Matematica superiore,Vol. II, IV, Edizioni Mir Editori Riuniti - C.Bernardini,O.Ragnisco,P.M. Santini: Metodi matematici della Fisica

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Fisica Nucleare e SubnucleareAnno di corso: I Periodo: ISettore scientifico-disciplinare: FIS/04CFU: 6Eventuali propedeuticità: Meccanica quantistica – Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare. Nome del docente: Vincenzo BelliniObiettivi formativi:Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.Programma del corso: Cenni storici ed introduzione1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo. 4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.Modello a partoni del nucleone5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleo. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.Decadimento beta – Fisica dei neutrini6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.Temi di Fisica Adronica9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.Attività didattiche previste:Lezioni frontali per 48 ore complessive. Tutoraggio nella stesura di una tesina su un argomento del corso da approfondire.Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:1) Valutazione di una tesina scritta dal candidato e sua discussione all’esame.2) Colloquio orale vertente su un campione tra gli argomenti in programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale:Media dei voti assegnati nelle due differenti parti della valutazione .

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di : Teoria Quantistica dei Campi - Primo moduloAnno di corso : I Periodo : Primo Semestre Settore scientifico-disciplinare : FIS/02CFU : 6Eventuali propedeuticità : Meccanica QuantisticaNome del docente : Vincenzo BranchinaObiettivi formativi : Lo studente deve acquisire familiarità con la formulazione di prima quantizzazione della meccanica quantistica relativistica, con il tipo di problemi ai quali può essere applicata e con le difficoltà intrinsecamente legate a questa formulazione della teoria quanto-relativistica. Inoltre, deve apprendere come la quantizzazione del campo elettromagnetico permette di introdurre in maniera naturale i fotoni come “quanta” del campo. L’obiettivo è di utilizzare questo primo esempio per introdurre la nozione centrale della teoria quantistica dei campi : ogni particella elementare è il “quanto” di un dato campo. Inoltre, lo studente dovrà imparare che solo attraverso la quantizzazione del campo elettromagnetico è possibile descrivere fenomeni elementari come il semplice decadimento di un atomo da uno stato eccitato allo stato fondamentale. Infine, lo studente verrà introdotto alle problematiche più profonde delle teorie di campo, che nel corso saranno trattate sull’esempio dell’interazione della particella carica col proprio campo di radiazione. Programma del corso : Richiami di meccanica quantistica e di teoria della relatività - Meccanica quantistica relativistica - Equazioni di Klein-Gordon, di Dirac, Di Weyl, di Majorana - Problemi legati alla formulazione “one-particle” della meccanica quantistica relativistica – Richiami di elettromagnetismo classico – Quantizzazione del campo elettromagnetico - Spazio di Fock : fotoni come quanti del campo elettromagnetico – Emissione e assorbimento di fotoni da parte di un atomo – Diffusione di fotoni da parte di elettroni – Decadimento e calcolo della vita media di stati atomici eccitati – Problemi del l’elettrodinamica classica e quantistica - Interazione di una particella carica col proprio campo di radiazione : rinormalizzazione della massa – Spostamento di Lamb dei livelli energetici dell’atomo d’idrogeno. Attività didattiche previste : Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento : le conoscenze acquisite dal candidato verranno accertate attraverso un esame orale che permetterà anche di mettere in luce la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in relazione le diverse parti del programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale : Alla formulazione del voto finale concorreranno la padronanza nelle argomentazioni e la visione critica che lo studente mostrerà di aver maturato durante l’esposizione degli argomenti.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Teoria dei Sistemi NucleariAnno di corso: I Periodo: secondo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica Teorica, Meccanica Quantistica AvanzataNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a fenomeni di fisica nucleare ed astrofisica nucleare.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Interazione nucleareInterazione nucleone-nucleone – Modelli teorici dell’interazione nucleare – Modello di scambio di mesoni – Teoria chirale delle forze nucleari – Potenziali realistici.Teoria perturbativa e rinormalizzazioneSeconda quantizzazione per sistemi di fermioni – Teoria perturbativa di sistemi di particelle identiche – Equazione di Dyson - Teorema di Goldstone – Metodi di rinormalizzazione:Teoria di Brueckner e matrice G.Teoria del nucleo atomicoApprossimazione di Hartree-Fock – Interazioni nucleari efficaci – Struttura dei nuclei – Risonanze giganti – Correlazioni di pairing - Nuclei lontani dalla valle di stabilità. Teoria della materia nucleareCorrelazioni nei sistemi nucleari – Teorie microscopiche della materia nucleare: teoria di Bruecknere metodo variazionale - Equazione di stato (EdS) della materia nucleare – EdS e collisioni fra ioni pesanti.Elementi di astrofisica nucleareEvoluzione di stelle supermassive - EdS di gas degenere di elettroni --Fenomenologia di stelle di neutroni - Struttura di stelle di neutroni ed EdS della materia nucleare in equilibrio beta – Transizione a quark e stelle ibride .------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Theory of Nuclear SystemsNuclear InteractionNucleon-nucleon interaction- Theoretical Models of the nuclear interaction- Meson exchange model-Chiral theory of nuclear forces- Realistic potential.di Goldstone – Metodi di rinormalizzazione -Teoria di Brueckner e matrice G.Perturbation theory and renormalizationSecond quantization of fermion systems- Perturbation theory of many body systems- Dyson equation- Goldstone theorem-Renormalization methods-Brueckner theory and G- matrix.Theory of Atomic NucleusHartree-Fock approximation- Effective nuclear interactions – Structure of nuclei – Giant resonances – Pairing Correlations- Nuclei far from the stability valley. Theory of Nuclear MatterCorrelations in nuclear systems-Microscopic theory of nuclear matter: Brueckner theory and variational method-Equation of state (EoS) of nuclear matter- EoS and heavy-ion collisions.Elements of Nuclear AstrophysicsEvolution of supermassive stars- EoS of degenerate electron gas- Phenomenology of neutron stars- structure of neutron stars and EoS of nuclrar matter in beta-equilibrium – Transition to uark phase and hybrid stars.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali e seminari specialistici su invito Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: la valutazione è basata su un esame orale, consistente nella presentazione di una tesina di approfondimento inerente una delle tematiche del corsoCriteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione della sintesi effettuata dallo studente delle diverse tematiche.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Statistica AvanzataAnno di corso I Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/02CFU 6Eventuali propedeuticità: aver seguito le lezioni di Meccanica Quantistica Avanzata e Metodi Matematici per la Fisica del I semestre del corso di laurea magistrale in FisicaNome del docente Andrea Rapisarda Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone come finalità la determinazione delle proprietà termodinamiche dei sistemi macroscopici sulla base del comportamento dinamico-statistico dei loro costituenti microscopici. E’ rivolto principalmente agli studenti del curriculum di teorica, ma è sicuramente consigliato per tutti i curriculaProgramma del corso (in Italiano): Principi della Termodinamica. Equilibrio termodinamico. Potenziali termodinamici.Teoria cinetica. Teorema H di Boltzmann. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Teoria dell'ensemble di Gibbs. Meccanica statistica classica: Spazio delle fasi. Teorema di Liouville. Principio di equiprobabilità a priori. Ensemble microcanonico. Teorema del viriale. Teorema di equipartizione dell'energia. Gas ideale classico. Derivazione della Termodinamica per i sistemi quasi isolati. Paradosso di Gibbs. Sistema in contatto con un termostato. Concetto statistico della temperatura. Ensemble canonico. Fluttuazioni in energia nell'ensemble canonico. Sistemi con numero variabile di particelle. Potenziale chimico. Ensemble gran-canonico. Fluttuazioni in densità nei sistemi aperti. Paradosso di Gibbs e corretto conteggio degli stati microscopici. Postulati della Meccanica Statistica quantistica. Matrice densità. Equazione di Liouville quantistica. Formulazione quantistica della teoria dell'ensemble di Gibbs. Terzo Principio della Termodinamica. Gas ideali di Fermi e di Bose. Condensazione di Bose-Einstein e sistemi superfluidi. Eccitazioni elettromagnetiche in una cavità. Eccitazioni termiche nei solidi. Equilibrio statistico nelle stelle nane bianche. Gas elettronico nei metalli. Comportamento a bassa temperatura dei gas di Bose e di Fermi debolmente non perfetti. Eccitazioni elementari nell'elio liquido. Sistemi interagenti classici. Sviluppo a cluster per un gas classico reale. Sviluppo del viriale per l'equazione di stato di un gas non perfetto. Derivazione dell'equazione di Van der Waals. Transizioni di fase e fenomeni critici. Indici critici ed invarianza di scala. Il modello di Ising per il ferromagnetismo ed il modello del gas reticolare. La teoria di campo medio. Teoria del gruppo di Rinormalizzazione e sue applicazioni. Metodi numerici: Il calcolo Monte Carlo e la dinamica molecolare - Alcuni algoritmi e applicazioni. Caos deterministico e fondamenti della meccanica statistica - Esponenti di Lyapunov - Entropia di Kolmogorov-Sinai.TESTI DI BASE CONSIGLIATI K. Huang : Meccanica Statistica, Zanichelli (1997) R.K. Pathria : Statistical Mechanics, Pergamon Press (1996) E. Ott: Chaos in Dynamical systems, Cambridge University Press (1993)Programma del corso (in Inglese): Principles of Thermodynamics. Thermodynamic equilibrium. Termodinamic potentials. Kinetic theory. Boltzmann's H-theorem. Maxwell-Boltzmann distribution. Theory of the Gibbs ensemble. Classical statistical mechanics: phase space. Liouville theorem. Principle of equiprobability a priori. Microcanonical ensemble. Virial theorem. Equipartition of energy. Classical ideal gas. Derivation of thermodynamics for systems almost isolated. Gibbs paradox. System in contact with a thermostat. Statistical concept of temperature. Canonical ensemble. Fluctuations in energy in the canonical ensemble. Systems with avariable number of particles. Chemical potential. Grand-canonical ensemble. Fluctuations in density in open systems. Gibbs paradox and correct counting of microscopic states. Postulates of quantum statistical mechanics. Density matrix. Quantum Liouville equation. Formulation of the quantum theory of the Gibbs ensemble. Third Law of Thermodynamics. Ideal gas of Fermi and Bose. Bose-Einstein condensation and superfluid systems. Electromagnetic excitations in a cavity. Thermal excitations in solids. Statistical equilibrium in white dwarf stars. Electron gas in metals. Low-temperature behavior of Bose and Fermi gases weakly not perfect. Elementary excitations in helium liquid. Classical interacting systems. Cluster expansion for a gas real classic. Development of the virial equation of state of a perfect gas. Derivation of Van der Waals forces. Phase transitions and critical phenomena. Critical indices and scale invariance. The Ising model for ferromagnetism and the model of the lattice gas. The mean field theory. Renormalization group theory and its applications. Numerical Methods: The Monte Carlo and molecular dynamics numerical methods - Some algorithms and applications. Deterministic chaos and the foundations of statistical mechanics - Lyapunov Exponents - Kolmogorov-Sinai entropy.BASIC TEXTBOOKS RECOMMENDEDK. Huang: Statistical Mechanics, WILEY (1987)R.K. Pathria: Statistical Mechanics, Pergamon Press (1996)E. Ott: Chaos in Dynamical systems, Cambridge University Press (1993)Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aulaMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Non sono previste prove in itinere o esami scritti. La valutazione dell’apprendimento viene fatta in maniera classica al momento dell’esame orale. Lo studente prepara ai fini dell’esame finale un elaborato scritto a sua scelta sui temi trattati durante il corso, che viene adoperato come punto di partenza per la discussione finale. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Partendo da un elaborato scritto, che il candidato prepara in totale autonomia, sviluppando uno o più argomenti svolti in aula, il voto finale verrà stabilito in base al grado di maturazione e di comprensione degli argomenti trattati che lo studente riesce a dimostrare durante l’esame orale.











































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICA NUCLEAREAnno di corso I Periodo II SEMESTRESettore scientifico-disciplinare FIS. 04CFU 6Eventuali propedeuticità: NessunaNome del docente CLAUDIO SPITALERIObiettivi formativi:Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei meccanismi alla base dell’Astrofisica Nucleare, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono alla generazione di energia ed evoluzione delle stelle. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni che si verificano nell’ambito dell’Astrofisica nucleare, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica Nucleare.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica Nucleare che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Programma di Astrofisica NuclearePARTE I1. INTRODUZIONE ALL'ASTROFISICA NUCLEARE :Nucleosintesi primordiale. Formazione delle stelle. Basi fisiche dell'evoluzione stellare .Equazione di stato e produzione energetica .Equazioni di equilibrio stellare. Evoluzione stellare. Combustioni quiescenti. Scenari esplosivi . Nucleosintesi stellare : combustione dell'idrogeno, combustione dell'elio. Processi r e s2. DEFINIZIONI E CARATTERISTICHE GENERALI DELLE REAZIONI TERMONUCLEARIDefinizioni : Sezione d'urto, rate di reazione, vita media.PARTE II3. DETERMINAZIONE DEL "RATE" DI REAZIONE NELLE STELLEReazioni non risonanti indotte da neutroni, reazioni non risonanti indotte particelle cariche.Reazioni risonanti4. MISURE DI SEZIONI D'URTO AD ENERGIE D'INTERESSE ASTROFISICOMisure dirette, Limite delle misure dirette. Screening elettronico in laboratorio e nelle steleMetodi indiretti, Richiami teorici: Meccanismi di reazione di tipo diretto. Misure indirette: ANC, Coulombdissociation, Metodo del Cavallo di Troia, R-matrix, Reazioni inverseReazioni con fasci radioattivi.5. APPARATI SPERIMENTALI E TECNICHE IN ASTROFISICA NUCLEARE Testi consigliati:l- Nuclear Astrophysics, C,Rolfs and W.S.Rodney- Cauldrons in the Cosmos,2- Nuclear Physics of Stars, C. Iliadis, WileyTesti da consultare- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley & Sons. Inc.- Introductory Nuclear Physics, P.E.Hodgson, E.Gadioli, E Gadioli Erba, Oxford SciencePublications- Introduzione all'Astrofisica Stellare, V. Castellani--------------------------------------------------------------Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifica sul livello di conoscenza dopo 18 e 36 ore di lezioni.Le verifiche saranno effettuate attraverso dei questionari di autovalutazione .Capacità di affrontare e sviluppare un argomento a scelta nel campo di una problematica fondamentale dell’astrofisica nucleare sperimentale o teorica.Mezzo consigliato. presentazione con PowerPoint Criteri per l’attribuzione del voto finale:- Automia nella preparazione dell’argomento, livello di conoscenza, capacità espositiva.- Costituisce parte integrante della valutazione al fine del voto la chiarezza di risposta alle domande legate all’argomento prescelto.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di : Teoria Quantistica dei Campi - Primo moduloAnno di corso : I Periodo : Primo Semestre Settore scientifico-disciplinare : FIS/02CFU : 6Eventuali propedeuticità : Meccanica QuantisticaNome del docente : Vincenzo BranchinaObiettivi formativi : Lo studente deve acquisire familiarità con la formulazione di prima quantizzazione della meccanica quantistica relativistica, con il tipo di problemi ai quali può essere applicata e con le difficoltà intrinsecamente legate a questa formulazione della teoria quanto-relativistica. Inoltre, deve apprendere come la quantizzazione del campo elettromagnetico permette di introdurre in maniera naturale i fotoni come “quanta” del campo. L’obiettivo è di utilizzare questo primo esempio per introdurre la nozione centrale della teoria quantistica dei campi : ogni particella elementare è il “quanto” di un dato campo. Inoltre, lo studente dovrà imparare che solo attraverso la quantizzazione del campo elettromagnetico è possibile descrivere fenomeni elementari come il semplice decadimento di un atomo da uno stato eccitato allo stato fondamentale. Infine, lo studente verrà introdotto alle problematiche più profonde delle teorie di campo, che nel corso saranno trattate sull’esempio dell’interazione della particella carica col proprio campo di radiazione. Programma del corso : Richiami di meccanica quantistica e di teoria della relatività - Meccanica quantistica relativistica - Equazioni di Klein-Gordon, di Dirac, Di Weyl, di Majorana - Problemi legati alla formulazione “one-particle” della meccanica quantistica relativistica – Richiami di elettromagnetismo classico – Quantizzazione del campo elettromagnetico - Spazio di Fock : fotoni come quanti del campo elettromagnetico – Emissione e assorbimento di fotoni da parte di un atomo – Diffusione di fotoni da parte di elettroni – Decadimento e calcolo della vita media di stati atomici eccitati – Problemi del l’elettrodinamica classica e quantistica - Interazione di una particella carica col proprio campo di radiazione : rinormalizzazione della massa – Spostamento di Lamb dei livelli energetici dell’atomo d’idrogeno. Attività didattiche previste : Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento : le conoscenze acquisite dal candidato verranno accertate attraverso un esame orale che permetterà anche di mettere in luce la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in relazione le diverse parti del programma.Criteri per l’attribuzione del voto finale : Alla formulazione del voto finale concorreranno la padronanza nelle argomentazioni e la visione critica che lo studente mostrerà di aver maturato durante l’esposizione degli argomenti.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Teoria dei Sistemi NucleariAnno di corso: I Periodo: secondo semestreSettore scientifico-disciplinare: FIS/02CFU: 6Eventuali propedeuticità: Istituzioni di Fisica Teorica, Meccanica Quantistica AvanzataNome del docente: Umberto Lombardo N.B. Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Acquisizione di conoscenze approfondite della meccanica quantistica mediante la loro applicazione a fenomeni di fisica nucleare ed astrofisica nucleare.Programma del corso: --------------------------------------------- italiano -----------------------------------------------------------Interazione nucleareInterazione nucleone-nucleone – Modelli teorici dell’interazione nucleare – Modello di scambio di mesoni – Teoria chirale delle forze nucleari – Potenziali realistici.Teoria perturbativa e rinormalizzazioneSeconda quantizzazione per sistemi di fermioni – Teoria perturbativa di sistemi di particelle identiche – Equazione di Dyson - Teorema di Goldstone – Metodi di rinormalizzazione:Teoria di Brueckner e matrice G.Teoria del nucleo atomicoApprossimazione di Hartree-Fock – Interazioni nucleari efficaci – Struttura dei nuclei – Risonanze giganti – Correlazioni di pairing - Nuclei lontani dalla valle di stabilità. Teoria della materia nucleareCorrelazioni nei sistemi nucleari – Teorie microscopiche della materia nucleare: teoria di Bruecknere metodo variazionale - Equazione di stato (EdS) della materia nucleare – EdS e collisioni fra ioni pesanti.Elementi di astrofisica nucleareEvoluzione di stelle supermassive - EdS di gas degenere di elettroni --Fenomenologia di stelle di neutroni - Struttura di stelle di neutroni ed EdS della materia nucleare in equilibrio beta – Transizione a quark e stelle ibride .------------------------------------------------ english ------------------------------------------------------------Theory of Nuclear SystemsNuclear InteractionNucleon-nucleon interaction- Theoretical Models of the nuclear interaction- Meson exchange model-Chiral theory of nuclear forces- Realistic potential.di Goldstone – Metodi di rinormalizzazione -Teoria di Brueckner e matrice G.Perturbation theory and renormalizationSecond quantization of fermion systems- Perturbation theory of many body systems- Dyson equation- Goldstone theorem-Renormalization methods-Brueckner theory and G- matrix.Theory of Atomic NucleusHartree-Fock approximation- Effective nuclear interactions – Structure of nuclei – Giant resonances – Pairing Correlations- Nuclei far from the stability valley. Theory of Nuclear MatterCorrelations in nuclear systems-Microscopic theory of nuclear matter: Brueckner theory and variational method-Equation of state (EoS) of nuclear matter- EoS and heavy-ion collisions.Elements of Nuclear AstrophysicsEvolution of supermassive stars- EoS of degenerate electron gas- Phenomenology of neutron stars- structure of neutron stars and EoS of nuclrar matter in beta-equilibrium – Transition to uark phase and hybrid stars.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Attività didattiche previste: lezioni frontali e seminari specialistici su invito Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: la valutazione è basata su un esame orale, consistente nella presentazione di una tesina di approfondimento inerente una delle tematiche del corsoCriteri per l’attribuzione del voto finale: il risultato del voto finale dipende da una valutazione della sintesi effettuata dallo studente delle diverse tematiche.

Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di Meccanica Statistica AvanzataAnno di corso I Periodo II semestreSettore scientifico-disciplinare FIS/02CFU 6Eventuali propedeuticità: aver seguito le lezioni di Meccanica Quantistica Avanzata e Metodi Matematici per la Fisica del I semestre del corso di laurea magistrale in FisicaNome del docente Andrea Rapisarda Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti provenienti da accordi Erasmus o accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in lingua ingleseObiettivi formativi: Il corso si propone come finalità la determinazione delle proprietà termodinamiche dei sistemi macroscopici sulla base del comportamento dinamico-statistico dei loro costituenti microscopici. E’ rivolto principalmente agli studenti del curriculum di teorica, ma è sicuramente consigliato per tutti i curriculaProgramma del corso (in Italiano): Principi della Termodinamica. Equilibrio termodinamico. Potenziali termodinamici.Teoria cinetica. Teorema H di Boltzmann. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Teoria dell'ensemble di Gibbs. Meccanica statistica classica: Spazio delle fasi. Teorema di Liouville. Principio di equiprobabilità a priori. Ensemble microcanonico. Teorema del viriale. Teorema di equipartizione dell'energia. Gas ideale classico. Derivazione della Termodinamica per i sistemi quasi isolati. Paradosso di Gibbs. Sistema in contatto con un termostato. Concetto statistico della temperatura. Ensemble canonico. Fluttuazioni in energia nell'ensemble canonico. Sistemi con numero variabile di particelle. Potenziale chimico. Ensemble gran-canonico. Fluttuazioni in densità nei sistemi aperti. Paradosso di Gibbs e corretto conteggio degli stati microscopici. Postulati della Meccanica Statistica quantistica. Matrice densità. Equazione di Liouville quantistica. Formulazione quantistica della teoria dell'ensemble di Gibbs. Terzo Principio della Termodinamica. Gas ideali di Fermi e di Bose. Condensazione di Bose-Einstein e sistemi superfluidi. Eccitazioni elettromagnetiche in una cavità. Eccitazioni termiche nei solidi. Equilibrio statistico nelle stelle nane bianche. Gas elettronico nei metalli. Comportamento a bassa temperatura dei gas di Bose e di Fermi debolmente non perfetti. Eccitazioni elementari nell'elio liquido. Sistemi interagenti classici. Sviluppo a cluster per un gas classico reale. Sviluppo del viriale per l'equazione di stato di un gas non perfetto. Derivazione dell'equazione di Van der Waals. Transizioni di fase e fenomeni critici. Indici critici ed invarianza di scala. Il modello di Ising per il ferromagnetismo ed il modello del gas reticolare. La teoria di campo medio. Teoria del gruppo di Rinormalizzazione e sue applicazioni. Metodi numerici: Il calcolo Monte Carlo e la dinamica molecolare - Alcuni algoritmi e applicazioni. Caos deterministico e fondamenti della meccanica statistica - Esponenti di Lyapunov - Entropia di Kolmogorov-Sinai.TESTI DI BASE CONSIGLIATI K. Huang : Meccanica Statistica, Zanichelli (1997) R.K. Pathria : Statistical Mechanics, Pergamon Press (1996) E. Ott: Chaos in Dynamical systems, Cambridge University Press (1993)Programma del corso (in Inglese): Principles of Thermodynamics. Thermodynamic equilibrium. Termodinamic potentials. Kinetic theory. Boltzmann's H-theorem. Maxwell-Boltzmann distribution. Theory of the Gibbs ensemble. Classical statistical mechanics: phase space. Liouville theorem. Principle of equiprobability a priori. Microcanonical ensemble. Virial theorem. Equipartition of energy. Classical ideal gas. Derivation of thermodynamics for systems almost isolated. Gibbs paradox. System in contact with a thermostat. Statistical concept of temperature. Canonical ensemble. Fluctuations in energy in the canonical ensemble. Systems with avariable number of particles. Chemical potential. Grand-canonical ensemble. Fluctuations in density in open systems. Gibbs paradox and correct counting of microscopic states. Postulates of quantum statistical mechanics. Density matrix. Quantum Liouville equation. Formulation of the quantum theory of the Gibbs ensemble. Third Law of Thermodynamics. Ideal gas of Fermi and Bose. Bose-Einstein condensation and superfluid systems. Electromagnetic excitations in a cavity. Thermal excitations in solids. Statistical equilibrium in white dwarf stars. Electron gas in metals. Low-temperature behavior of Bose and Fermi gases weakly not perfect. Elementary excitations in helium liquid. Classical interacting systems. Cluster expansion for a gas real classic. Development of the virial equation of state of a perfect gas. Derivation of Van der Waals forces. Phase transitions and critical phenomena. Critical indices and scale invariance. The Ising model for ferromagnetism and the model of the lattice gas. The mean field theory. Renormalization group theory and its applications. Numerical Methods: The Monte Carlo and molecular dynamics numerical methods - Some algorithms and applications. Deterministic chaos and the foundations of statistical mechanics - Lyapunov Exponents - Kolmogorov-Sinai entropy.BASIC TEXTBOOKS RECOMMENDEDK. Huang: Statistical Mechanics, WILEY (1987)R.K. Pathria: Statistical Mechanics, Pergamon Press (1996)E. Ott: Chaos in Dynamical systems, Cambridge University Press (1993)Attività didattiche previste: Lezioni frontali in aulaMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: Non sono previste prove in itinere o esami scritti. La valutazione dell’apprendimento viene fatta in maniera classica al momento dell’esame orale. Lo studente prepara ai fini dell’esame finale un elaborato scritto a sua scelta sui temi trattati durante il corso, che viene adoperato come punto di partenza per la discussione finale. Criteri per l’attribuzione del voto finale: Partendo da un elaborato scritto, che il candidato prepara in totale autonomia, sviluppando uno o più argomenti svolti in aula, il voto finale verrà stabilito in base al grado di maturazione e di comprensione degli argomenti trattati che lo studente riesce a dimostrare durante l’esame orale.











































































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Corso di laurea in Fisica (LM 17)Scheda dell’insegnamento di ASTROFISICA NUCLEAREAnno di corso I Periodo II SEMESTRESettore scientifico-disciplinare FIS. 04CFU 6Eventuali propedeuticità: NessunaNome del docente CLAUDIO SPITALERIObiettivi formativi:Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).Comprensione critica dei meccanismi alla base dell’Astrofisica Nucleare, sia negli aspetti teorici che osservativi e delle loro interconnessioni. Comprensione dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che presiedono alla generazione di energia ed evoluzione delle stelle. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) Capacita` di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni che si verificano nell’ambito dell’Astrofisica nucleare, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste.Abilita` comunicative (communication skills).Competenze nella comunicazione nell’ambito dell’Astrofisica Nucleare.Capacita` di apprendimento (learning skills).Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacita` di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo dell’Astrofisica Nucleare che in campi scientificamente vicini.Programma del corso: Programma di Astrofisica NuclearePARTE I1. INTRODUZIONE ALL'ASTROFISICA NUCLEARE :Nucleosintesi primordiale. Formazione delle stelle. Basi fisiche dell'evoluzione stellare .Equazione di stato e produzione energetica .Equazioni di equilibrio stellare. Evoluzione stellare. Combustioni quiescenti. Scenari esplosivi . Nucleosintesi stellare : combustione dell'idrogeno, combustione dell'elio. Processi r e s2. DEFINIZIONI E CARATTERISTICHE GENERALI DELLE REAZIONI TERMONUCLEARIDefinizioni : Sezione d'urto, rate di reazione, vita media.PARTE II3. DETERMINAZIONE DEL "RATE" DI REAZIONE NELLE STELLEReazioni non risonanti indotte da neutroni, reazioni non risonanti indotte particelle cariche.Reazioni risonanti4. MISURE DI SEZIONI D'URTO AD ENERGIE D'INTERESSE ASTROFISICOMisure dirette, Limite delle misure dirette. Screening elettronico in laboratorio e nelle steleMetodi indiretti, Richiami teorici: Meccanismi di reazione di tipo diretto. Misure indirette: ANC, Coulombdissociation, Metodo del Cavallo di Troia, R-matrix, Reazioni inverseReazioni con fasci radioattivi.5. APPARATI SPERIMENTALI E TECNICHE IN ASTROFISICA NUCLEARE Testi consigliati:l- Nuclear Astrophysics, C,Rolfs and W.S.Rodney- Cauldrons in the Cosmos,2- Nuclear Physics of Stars, C. Iliadis, WileyTesti da consultare- Introductory Nuclear Physics, K. S. Krane, Wiley & Sons. Inc.- Introductory Nuclear Physics, P.E.Hodgson, E.Gadioli, E Gadioli Erba, Oxford SciencePublications- Introduzione all'Astrofisica Stellare, V. Castellani--------------------------------------------------------------Attività didattiche previste:Lezioni frontaliMetodi e criteri di valutazione dell’apprendimento:Verifica sul livello di conoscenza dopo 18 e 36 ore di lezioni.Le verifiche saranno effettuate attraverso dei questionari di autovalutazione .Capacità di affrontare e sviluppare un argomento a scelta nel campo di una problematica fondamentale dell’astrofisica nucleare sperimentale o teorica.Mezzo consigliato. presentazione con PowerPoint Criteri per l’attribuzione del voto finale:- Automia nella preparazione dell’argomento, livello di conoscenza, capacità espositiva.- Costituisce parte integrante della valutazione al fine del voto la chiarezza di risposta alle domande legate all’argomento prescelto.

Dipartimento di Fisica e Astronomia - UNIVERSITµA DI CATANIACorso di Laurea Magistrale in FisicaFisica dei Raggi CosmiciAcademical Year 2013/2014Prof. A. InsoliaGeneral part:1. Introduction to elementary properties of electromagnetic radiation2. Black body radiation3. Maxwell equations4. Radiations from moving charges5. Relativistic Covariance and Kinematics6. Bremsstrahlung, pair production, ionization7. Synchrotron Radiation8. Compton Scattering and Inverse Compton9. Di®usion - loss equation for highe energy electrons, protons and nucleiBibliogra¯a:M. S. Longair, High Energy Astrophysics, Cambridge Univ. Press (vol. I, 1992; vol. 2,2002)R. Schlickeiser, Cosmic Ray Astrophysics, Springer - Verlag, Berlin (2002)G. B. Rybicki and A. P. Lightman, Radiative Processes in Astrophysics, John Wileyand Sons Inc (1985).M.V.S. Rao and B. V. Sreekantanm Extensive Air Showersm World Scienti¯c - 1998T. Stanev High Energy Cosmic Rays, Springer - Praxis (2004)Second part: Cosmic Raysa. Introduction on cosmic raysb. Astrophysical and cosmological implications of the Ultra High Energy CosmicRays (UHECRs)c. Energy spectrum and mass compositiond. High energy neutrino astronomye. The problem of the ultra high energy cosmic ray originf. Acceleration mechanismsg. The state of art from the experimental point of view . P. Auger Observatory.h. A short review of gamma astronomy experimentsi. Neutrinos from the Sunl. Neutrinos from Astrophysical sources: open problems and detectionBibliogra¯a:T. K. Gaisser, Cosmic Rays and Particle Physics, Cambridge Univ. Press, (2000)A.M. Hillas, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 22 (1984) 425J. Cronin, Rev. Mod. Phys., 71 (1999) S165M. Lemoine and G. Sigl (Editors), Physics and Astrophysics of ultra high energy cosmicrays, Springer-Verlag Berlin and Heidelberg (2002).M. Nagano and A.A. Watson, Rev. Mod. Phys. 72 (2000) 689S. Yoshida and H. Dai, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 24 (1998) 905F. Halzen and D. Hooper, Rep. Prog. Phys. 65 (2002) 1025P. Bhattarcharjee and G. Sigl, Phys. Rep., 327 (2000) 109A. Haungs, H. Rebel and M. Roth, Rep. Prog. Phys. 66 (2003) 1145PAO Collaboration, NIM A523 (2004) 50-95Some points of the program will be discussed in detail or simply revied accordingto the backgorund and the speci¯c interest of teh PhD students.