fisica

L’obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti degli strumenti matematici
avanzati che consentano un approccio rigoroso ai problemi concreti che molto
spesso
si incontrano nella descrizione dei processi fisici. Lo studente, grazie ad una
piena
comprensione degli strumenti descritti nel corso, sarà messo in grado di
scegliere
la strategia più opportuna per superare gli eventuali ostacoli matematici
incontrati
durante il proprio studio.

10 Spazi di Hilbert e loro somme dirette e prodotti tensori. Spazi di Sobolev. Spazi di Banach
22 Classi particolari di operatori limitati (classe traccia, compatti, positivi,...)
Teoria spettrale per operatori limitati
Operatori illimitati
Operatori non autoaggiunti: autovalori, autostati ed applicazioni fisiche
Deformazioni delle regole di commutazione ed anticommutazione canoniche. Hamiltoniane non autoaggiunte
4 Trasformata di Fourier e distribuzioni. Delta successioni e loro utilità.
7 Stati coerenti. Path integral: varie formulazioni
5 Qualche approfondimento sulla teoria dei gruppi

L'esame consiste in una prova orale, incentrata su alcune domande di carattere
teoriche nonchè sulla analisi di alcune applicazioni alla meccanica quantistica.
Relativamente alla valutazione:
30-30 e lode: Valutazione eccellente/ottimo. Ottima conoscenza degli
argomenti, ottima capacita' analitica anche in nuovi contesti; ottima proprieta' di
linguaggio e di apprendimento.
27-29: Valutazione molto buono. Padronanza molto buona degli argomenti,
piena proprieta' di linguaggio, lo
studente e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.
24-26: Valutazione buono. Conoscenza buona dei principali argomenti, buona
proprieta' di
linguaggio, con buona capacita' di applicare autonomamente le conoscenze alla
soluzione dei problemi proposti.
21-23: Soddisfacente. Padronanza soddisfacente degli argomenti del corso,
soddisfacente proprieta' linguaggio, e soddisfacente capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite.
18-20: Sufficiente. Sufficiente conoscenza degli argomenti del corso e del
linguaggio tecnico, e sufficiente capacita' di applicare autonomamente le
conoscenze acquisite.
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

Textbooks :
1. Fabio Bagarello, Metodi matematici per fisici e ingegneri, Zanichelli, 2019
ISBN: 9788808520357
Chapters: 2.9-2.10-3.5-3.6-3.10-7.7-8.1-8.2-8.3-8.5-8.6
2. Fabio Bagarello: Internal notes for Physics students
Further reading:
Robert D. Richtmyer, Principles of advanced mathematical physics, vol 1,
Springer-Verlag
ISBN: 978-3-642-51076-2
S. Reed, B. Simon, Methods of modern mathematical physics, Vol I: Functional
analysis, Academic, New York (1972)
ISBN: 9780125850506

Obiettivo del corso e' quello di fornire agli studenti una piu' profonda
conoscenza di alcuni concetti di meccanica quantistica moderna.

3 Evoluzione temporale in meccanica quantistica; Rappresentazione di interazione. Sviluppo in serie di Dyson.
2 Equazioni d’onda relativistiche: Equazione di Klein-Gordon per particella libera.
2 Equazione di Dirac per particella libera; soluzioni ad energia negativa
2 Equazione di Dirac per particella in un campo elettromagnetico. Interazione spin-orbita
5 Introduzione alla teoria dei gruppi. Gruppi di Lie. Gruppo di Lorentz O(1,3) e sue rappresentazioni. Rotazioni in
meccanica quantistica. Momento angolare come generatore delle rotazioni.
4 Lagrangiana di un sistema continuo. Quantizzazione canonica del campo elettromagnetico libero nel gauge di
Coulomb; stati di Fock del campo elettromagnetico. Energia di punto zero del campo elettromagnetico.
1 Simmetrie di gauge globali e locali
4 Quantizzazione del campo elettromagnetico in presenza di sorgenti. Hamiltoniana di interazione campo-
materia nello schema di accoppiamento minimale. Cenni sull'Hamiltoniana di interazione campo-materia nello
schema di accoppiamento multipolare.
2 Emissione spontanea di un atomo eccitato; coefficienti di Einstein; emissione spontanea di un atomo in cavita;
Effetto Purcell
4 Correzioni all'energia di un elettrone libero. Rinormalizzazione della massa. Lamb shift non relativistico
3 Cenni di teoria dello scattering. Matrice di scattering. Approssimazione di Born.

4 Esercitazione sulle rotazioni in meccanica quantistica.
1 Oscillazioni di Rabi
2 Hamiltoniane dipendenti dal tempo in meccanica quantistica. Teorema adiabatico.
2 Potenziali elettromagnetici. Gauge di Coulomb. Equazioni di Maxwell per i potenziali
3 Energia di punto-zero del campo elettromagnetico. Effetto Casimir.
1 Campi longitudinali e transversi. Teorema di Helmholtz. Delta traversa e longitudinale
3 Calcolo dei coefficienti di Einstein
2 Trasformazione di Goppert-Meyer
2 Equivalenza fra p•A e d•E nell'interazione atomo-campo
2 Esercitazioni sulla teoria dello scattering: calcolo della sezione d'urto per specifici potenziali.
2 Equazioni di Lippman-Schwinger

L'esame finale e' strutturato in una prova orale. Essa consiste nella esposizione,
sotto forma di seminario, di un argomento non trattato a lezione, ma comunque
attinente agli argomenti del corso, che lo studente deve sviluppare
autonomamente, e in un esame/colloquio su argomenti trattati durante il corso.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a)(cid:9)Conoscenza di base dei concetti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (18-22);
b) Buona conoscenza degli argomenti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (23-26);
c) Conoscenza approfondita degli argomenti fondamentali oggetto
dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
discussione degli argomenti esposti (27-29);
d) Ottima e completa conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento,
pronta capacita' di applicarli correttamente a varie situazioni fisiche ed ottima
capacita' comunicativa (30-30L)
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

TESTI BASE (BASIC TEXTBOOKS)
J.J. Sakurai, Jim Napolitano, Modern Quantum Mechanics, Cambridge
University Press, ISBN-13:(cid:9)978-1108473224 (qualsiasi edizione)
P.W. MIlonni: The quantum vacuum, Academic Press, ISBN-13:
978-1493301614 (qualsiasi edizione)
TESTI DI APPROFONDIMENTO (SUPPLEMENTARY TEXTBOOKS):
D.P. Craig, T. Thirunamachandran, Molecular Quantum Electrodynamics,
Dover, ISBN-13:(cid:9)9780486402147 (qualsiasi edizione)
L.I. Schiff, Quantum Mechanics, McGraw-Hill Book Company, ISBN-13:
9780070856431 (qualsiasi edizione)
W. Greiner, Quantum Mechanics, an introduction - Springer, ISBN 13:
9780387580791 (qualsiasi edizione)
W. Greiner, Quantum Mechanics; special chapters - Springer, ISBN 13:
9783540600732 (qualsiasi edizione)
Jakob Schwichtenberg, Physics from symmetry - Springer, ISBN
978-3-319-66630-3 (qualsiasi edizione)

Il corso si propone di fornire allo studente competenze riguardo argomenti di
Astrofisica, ed in particolare trasporto radiativo e atmosfere stellari, fisica del
plasma e magnetoidrodinamica, radiazione da plasmi otticamente sottili,
adeguati al livello della Laurea Magistrale in Fisica.

2 Introduzione al corso: descrizione, struttura, contenuti, esami, testi. Premessa: flussi, magnitudini,
classificazioni, temperature
2 Atmosfere stellari: Colori spettrali. Trasporto radiativo: equazione base, funzione sorgente, emissione e
assorbimento
2 Atmosfere stellari: Trasporto in atmosfere piane, oscuramento al bordo
2 Atmosfere stellari: Flussi, relazione di Eddington-Barbier, densita` di radiazione
2 Atmosfere stellari: Dipendenza del trasporto dalla profondita`: andamento dell'assorbimento, equilibrio radiativo
2 Atmosfere stellari: Andamento della temperatura, processi di assorbimento, equazione di Boltzmann.
Ionizzazione: equazione di Saha
2 Atmosfere stellari: Contributi all'assorbimento nel continuo: bordi dell'idrogeno, elio, altri elementi, scattering di
Rayleigh e di Thompson
2 Atmosfere stellari: Assorbimento nel continuo: diagnostica dal bordo di Balmer, deformazione dello spettro,
diagramma colore-colore
2 Atmosfere stellari: Assorbimento medio, stratificazione di pressione
2 Atmosfere stellari: Pressione con la profondita` ottica, pressione elettronica. Righe spettrali: generalita`.
2 Atmosfere stellari: Righe spettrali: profondita` ottica in righe sottili, allargamento naturale, allargamento
termico, profilo di Voigt
3 Atmosfere stellari: Righe spettrali: righe sottili e spesse. Righe dell'idrogeno; analisi degli spettri
2 Fisica del plasma: generalita`, lunghezza di Debye, frequenza di plasma
2 Fisica del plasma: MHD ideale, induzione magnetica, correnti indotte, forza di Lorentz
2 Fisica del plasma: congelamento plasma-campo, teorema di Alfven, amplificazione del campo magnetico,
pressione e tensione magnetica
2 Fisica del plasma: tensore tensione magnetica, pressione totale, beta del plasma
2 Fisica del plasma: campi force-free, twisting, elicita`, onde: equazioni base
2 Fisica del plasma: onde di Alfven, onde magnetosoniche
2 Fisica del plasma: flusso di Poyinting, diffusione magnetica, applicazione alla corona solare
3 Fisica del plasma: onde acustiche, onde d'urto. Condizioni di Rankine-Hugoniot. Onde di Sedov, applicazioni
2 Plasmi sottili: equilibrio e relazioni di Einstein, equilibrio termodinamico non-locale
4 Plasmi sottili: emissione coronale, righe di emissione, misura d'emissione, emissione nel continuo, emissione
in funzione della temperatura, esempi di spettri termici di plasmi astrofisici. Accenni all'astrofisica multi-
messaggero

La valutazione e basata sull'esito della prova orale, in cui vengono posti allo
studente quesiti che svariano su tutti gli argomenti del corso. Si accerta la
conoscenza, padronanza, l'attitudine all'approccio fisico sugli argomenti di
astrofisica, e proprieta` di linguaggio e capacita` di espressione. Per gli studenti
con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti compensativi e le
misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di Ateneo per la disabilità
e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in attuazione della
normativa vigente. Valutazioni:
30-30 e Lode: Ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprieta' di
linguaggio, buona capacita' analitica, lo studente e' in grado di applicare le
conoscenze per risolvere i problemi proposti
26-29: Buona padronanza degli argomenti, piena proprieta' di linguaggio, lo
studente e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti
24-25: Conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprieta' di
linguaggio, con limitata capacita' di applicare autonomamente le conoscenze
alla soluzione dei problemi proposti
21-23: Non ha piena padronanza degli argomenti principali ma ne possiede le
conoscenze, soddisfacente proprieta' linguaggio, scarsa capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite
18-20: Minima conoscenza di base degli argomenti principali e del linguaggio
tecnico, scarsissima o nulla capacita' di applicare autonomamente le
conoscenze acquisite
Insufficiente: Non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli
argomenti trattati nell'insegnamento

Testi consigliati
[Atmosphere Stellari/Stellar Atmospheres] - E. Boehm-Vitense, Introduction to
Stellar Astrophysics: Vol.2, Stellar Atmospheres, Cambridge: Cambridge
University Press, ISBN-13 : 978-0521344036;
[Fisica del Plasma/Plasma Physics] - H. C. Spruit, Essential
magnetohydrodynamics for astrophysics, http://www.mpa-garching.mpg.de/
~henk/mhd12.pdf;
Testi di approfondimento
[Fisica del Plasma/Plasma Physics] - Porter Wear Johnson, Lectures in Plasma
Physics, http://mypages.iit.edu/~johnsonpo/plasmaweb.pdf
[Fisica del Plasma/Plasma Physics] -Alessandro Marconi, Fluidodinamica dei
processi astrofisici, http://www.arcetri.astro.it/~marconi/Lezioni/IntAst15-16/
Lezione08-Fluidi.pdf

Lo scopo del corso e' quello di introdurre lo studente allo studio della materia
soffice biologica attraverso modelli, metodi e metodologie della fisica, con
particolare riferimento alle proteine solubili e di membrana.
Obiettivi formativi sono: l'acquisizione di conoscenze teoriche dei fenomeni fisici
nella materia biologica
e di tecniche spettroscopiche di base particolarmente utili per lo studio delle
proprieta' strutturali e dinamiche di biosistemi; l'applicazione ad una selezione di
argomenti di interesse corrente in Biofisica, col fine di mostrare come le
metodologie fisiche possano fornire strumenti fondamentali nella comprensione
dei fenomeni biologici, permettendo quindi di averne una visione piu' completa.

1 Introduzione al corso. Biofisica e relativi campi di indagine. Libri di testo.
8 STRUTTURA DELLE PROTEINE: Proprieta' chimico-fisiche dei 20 aminoacidi. pH e pK. Punto isoelettrico.
Struttura primaria e secondaria. Potenziali e barriere di energia potenziale per i diedri di backbone. Diagramma
di Ramachandran. Motivi di struttura super-secondaria funzionali e non. La struttura terziaria. Famiglia delle
globine. La struttura quaternaria. Classificazione delle proteine in base a struttura e funzione. Proteine
coniugate e gruppi prostetici. Proteine fibrose.
6 Esempi di funzione di proteine modello. Le proteine di membrana: la bacteriorodopsina ed il fotociclo. Canali
ionici ligand gated e la permeazione ionica. Il centro di reazione fotosintetico.
4 Determinazione sperimentale della struttura 3D di una proteina. Cristallografia di proteine. Diffrazione X: legge
di Bragg, reticolo reale e reticolo reciproco, fattore di struttura, fase. Principi di cryo-EM. Il Protein Data Bank; il
file pdb.
8 INTERAZIONI IN UNA PROTEINA.
Interazioni non covalenti: ponti salini, forze elettrostatiche, di van der Waals,
il potenziale di Lennard-Jones, ponti disolfuro. Il legame idrogeno. L'effetto idrofobico. Introduzione al folding
proteico. Esperimento di Anfinsen, paradosso di Levinthal. Panorami di energia libera per il folding. Imbuto di
Dill e altri modelli. Bilancio termodinamico nel folding di un polipeptide modello. Scala di Tanford.
Denaturazione chimica e termica,definizione di temperatura di denaturazione. Calorimetria a scansione
differenziale. Cenni sulla denaturazione fredda, profilo di stabilita'. Calore specifico a pressione costante nello
stato unfolded e modelli molecolari.
4 Spettroscopia UV-visibile. Assorbimento, Legge di Lambert-Beer.
Esempi di spettri in vuoto ed in solvente: struttura vibro-rotazionale.
Transizioni elettroniche tipiche in: cromofori organici, legame peptidico e
catene laterali, gruppi prostetici, metalli, aminoacidi, acidi nucleici.
Esempi di cambiamenti conformazionali studiati attraverso UV-Visibile.
Effetto del solvente sugli spettri UV-vis: spostamento batocromico, ipsocromico, iper e ipo cromico.
Effetto del pH sugli spettri UV-Vis.
4 Emissione:
Fluorescenza, intensita' della radiazione fluorescente.
Variabili che influenzano la fluorescenza (solvente e pH, temperatura).
Sonde fluorescenti, intercalanti, marcatori. Fluorescenza degli aminoacidi aromatici, immunofluorescenza.
Fosforescenza. Diagramma di Jablonski.
1 FRET: Principi ed applicazioni.
4 Spettroscopia IR.
Vibrazioni molecolari. Molecole diatomiche omo ed eteronucleari.Molecole poliatomiche.
Effetti sulla frequenza di assorbimento IR.
Spettroscopia IR in polipeptidi e proteine. Bande delle amidi.
Amide I per la determinazione della struttura secondaria. Spettri di alpha elica e beta sheets.Spettri di proteine
in forma nativa e denaturata. Spettri acidi nucleici.
6 Introduzione alla biofisica computazionale. Principali modelli teorico/computazionali per lo studio di processi
biologici attraverso l'uso del computer.
2 Introduzione al codice VMD, per la visualizzazione, misura e analisi dati da simulazioni di
macromolecole biologiche.

L'esame consiste in una prova orale. Essa consiste nell'esposizione, sotto forma
di seminario/presentazione, di un argomento non trattato a lezione scelto tra
una lista di argomenti proposti dal docente a fine corso, che lo studente deve
sviluppare autonomamente, e in un esame/colloquio su argomenti trattati
durante il corso.
Tale prova consente di valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua
capacita' di applicarle, anche le proprieta' di linguaggio scientifico e di capacita'
di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e sara' formulata sulla base
delle seguenti condizioni:
a ) lo studente ha scarsa conoscenza di base degli argomenti principali
dell'insegnamento, scarsa o nulla capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite (valutazione: insufficiente);
b) lo studente ha una minima conoscenza di base degli argomenti principali
dell'insegnamento, e appena sufficiente capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite (voto 18-21 trentesimi);
c) lo studente non ha piena padronanza degli argomenti studiati ma ne
possiede le conoscenze, soddisfacente proprieta' di linguaggio, sufficiente
capacita' di applicare autonomamente le conoscenze acquisite (voto 21-23
trentesimi).
d)(cid:9)lo studente ha conoscenza di base degli argomenti studiati , discreta
proprieta' di linguaggio, sufficiente capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze alla soluzione dei problemi proposti (voto
23-25 trentesimi);
e)(cid:9)lo studente ha buona padronanza degli argomenti, buona capacita' di
analisi dei fenomeni presentati, piena proprieta' di linguaggio (voto 26-29
trentesimi);
f) lo studente ha una conoscenza approfondita e diffusa degli argomenti studiati,
ottima capacita' di analisi dei fenomeni presentati, ottima proprieta' di
linguaggio (voto 30-30L trentesimi).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

Protein physics: a course of lectures, A. V. Finkelstein, O. B. Ptitsyn, II Edizione
2016, ISBN 978-0-12-809676-5 Basic textbook
Introduction to protein structure, C Branden, J. Tooze, II Edizione 2013, ISBN
978-0-8153-2305-1 Basic textbook
Scientific papers on biophysical topics

Fornire allo studente competenze linguistiche adeguate a poter sostenere un
percorso di studi di laurea a doppio titolo

10 Laboratorio Linguistico
25 Esercitazioni
60 Autoapprendimento consigliato su piattaforma

Test di livello
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Rivolgersi al collaboratore esperto linguistico assegnato al laboratorio e
consultare il sito del CLA.

Lo scopo del corso e' quello di introdurre lo studente allo studio ed
implementazione di tecniche avanzate di risoluzione numerica per la descrizione
di processi fisici modello e allo studio delle tecniche standard di simulazione
atomistica classica.
Obiettivi formativi sono:
-l'acquisizione di conoscenze di tecniche numeriche per la risoluzione di
equazioni differenziali alle derivate parziali del secondo ordine, per la
simulazione atomistica di dinamica molecolare di equilibrio con metodi standard
di campionamento;
-l'applicazione di metodi di interesse in fisica computazionale, col fine di
mostrare come le metodologie numeriche possano fornire strumenti
fondamentali nella comprensione dei fenomeni fisici, permettendo quindi di
averne una visione più completa.

1 Introduzione al corso. Significato di "Fisica Computazionale". Esposizione del programma,dei libri di testo e
consultazione, dei tutorial per le esercitazioni pratiche.
2 Introduzione alla simulazione atomistica. Scale spaziali e temporali. Equilibrio e non equilibrio. Ipotesi
ergodica. Dinamica Molecolare e Monte Carlo come metodi di indagine di sistemi a molti corpi.
2 Dinamica molecolare standard. Algoritmi di integrazione delle equazioni del moto. Metodo di Eulero, metodo di
Verlet e Velocity Verlet. Proprietà degli integratori numerici. Reversibilità temporale e conservazione del
volume nello spazio delle fasi.
2 Potenziali di interazione, approssimazione Born- Oppheneimer, potenziali ab initio, semiempirici. Potenziali
additivi a coppie.
2 Il potenziale di Lennard-Jones per sistemi atomici. Unita' ridotte. Diagrama fasi dell'argon. Potenziali a corto e
lungo range. Le condizioni periodiche al bordo. Il criterio di minima immagine.
1 Stima di proprietà strutturali e dinamiche di sistemi atomici. La funzione di correlazione a coppie. La diffusione.
3 Equazioni differenziali alle derivate parziali del II ordine: generalità, schemi numerici alle differenze finite per la
risoluzione, discretizzazione del dominio spazio-temporale. Consistenza, convegenza e stabilità. Schemi
espliciti vs schemi impliciti.
3 Equazioni differenziali alle derivate parziali del II ordine: l'equazione parabolica. Metodo di Eulero e metodo di
Dufort-Frenkel. Analisi di stabilità di Von Neumann. Stima dell'errore di troncamento.
3 Equazioni differenziali alle derivate parziali del II ordine: l'equazione iperbolica (onde, avvezione). Confronto fra
differenti schemi di integrazione numerica. Analisi di stabilità di Von Neumann.
3 Equazioni differenziali alle derivate parziali del II ordine: l'equazione iperbolica (onde, avvezione). Stima degli
effetti di "diffusione" e "dispersione" numerica per diversi schemi di integrazione.
2 Equazioni differenziali alle derivate parziali del II ordine: l'equazione ellittica (Laplace/Poisson). Metodo di
Jacobi e metodo di Gauss-Seidel.

3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: Dinamica Molecolare classica di particelle
Lennard-Jones. Struttura di un codice (C/Python) per la simulazione di atomi di argon nel microcanonico.
3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: Calcolo dell'energia totale, potenziale,
cinetica e della temperatura del sistema di atomi. Stabilità dell'algoritmo di integrazione e conservazione
del'energia totale al variare del time step.
3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: Simulazioni nell'insieme canonico,
implementazione del termostato di Andersen.
3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: Calcolo della funzione di correlazione a
coppie a differenti densità e temperature; calcolo del coefficiente di diffusione.
4 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione parabolica del calore in 1D.
Risoluzione numerica al variare delle condizioni al bordo e iniziali.
4 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione parabolica del calore in 2D e
3D. Risoluzione numerica al variare delle condizioni al bordo e iniziali.
2 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione parabolica del calore in 1D
con diffusivita dipendente dallo spazio e dal tempo. Risoluzione numerica al variare delle condizioni al bordo e
iniziali.
4 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione iperbolica di avvezione in 1D.
Risoluzione numerica al variare delle condizioni iniziali. Risoluzione con quattro schemi alle differenze finite.
3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione di Burgers non viscosa e
viscosa; risoluzione numerica con schema Upwind conservativo e non conservativo. Schema numerico di
McCormack.
3 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: Equazione di reazione-diffusione e
reazione-diffusione-avvezione. Risoluzione numerica al variare delle condizioni al bordo e iniziali.
4 Esercitazioni al computer in aula informatica su argomenti del corso: l'equazione ellittica di Laplace-Poisson.
Risoluzione numerica al variare delle condizioni al bordo e differenti sorgenti di carica.

L'esame finale consiste nella presentazione di un assignment individuale su un
argomento a scelta, seguito da un esame orale su argomenti trattati nel corso.
Tale prova consente di valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua
capacita' di applicarle, anche le proprieta' di linguaggio scientifico e di capacita'
di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale sarà espressa in trentesimi e sara' formulata sulla base
delle
seguenti condizioni:
a) lo studente ha una minima conoscenza di base degli argomenti principali
dell'insegnamento, sufficiente capacita' di applicare autonomamente le
conoscenze acquisite (voto 18-21 trentesimi);
b) lo studente non ha piena padronanza degli argomenti studiati ma ne
possiede le conoscenze, soddisfacente proprieta' di linguaggio, sufficiente
capacita' di applicare autonomamente le conoscenze acquisite (voto 21-23
trentesimi).
b)(cid:9)lo studente ha conoscenza di base degli argomenti studiati , discreta
proprieta' di linguaggio, con piu' che sufficiente capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze alla soluzione dei problemi proposti (voto
23-25 trentesimi);
c)(cid:9)lo studente ha buona padronanza degli argomenti, buona capacita' di
analisi dei casi presentati, piena proprieta' di linguaggio (voto 26-29
trentesimi);
d)(cid:9)lo studente ha una conoscenza approfondita e diffusa degli argomenti studiati,
ottima capacita' di analisi dei casi presentati, ottima proprieta' di linguaggio
(voto 30-30L trentesimi).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

R.H. Landau, M.J. Paez, C.C. Bordeianu,Computational Physics: Problem
Solving With Python III Edition ISBN 978-3527413157 Basic textbook
D. Frenkel & B. Smit, Understanding Molecular Simulation, II Edition, ISBN
978-0-12-267351 Supplementary textbook
Research papers

Possedere una buona conoscenza della fenomenologia degli stati condensati e
dei modelli che descrivono le interazioni microscopiche che determinano tale
fenomenologia.

4 I Semiconduttori: Modello di valenza e modello a bande; semiconduttori intrinseci ed estrinseci, processi di
drogaggio e stati elettronici. Richiami dei modelli delle bande di energia. La massa efficace di elettroni e lacune
nei semiconduttori.
2 Trasporto di carica nei semiconduttori, corrente di deriva e di diffusione, effetto Hall
6 La densita’ degli stati energetici. Statistica dei portatori in semiconduttori intrinseci. Statistica dei portatori in
semiconduttori estrinseci, compensati. Semiconduttori fuori equilibrio: processi di iniezione; processi di
ricombinazione elettroni-lacune; rate di ricombinazione; quasi-Fermi levels.
6 Esempi di strutture a semiconduttore: giunzione pn; campo di giunzione; larghezza di giunzione; correnti di
giunzione, capacita’ di giunzione. Fotodiodo. LED. Transistor bipolare. MOS, MOSFET.
4 Diamagnetismo e Paramagnetismo. La legge di Curie-Brillouin. Paramagnetismo degli ioni f, d e
paramagnetismo di Van-Vleck. Paramagnetismo di Pauli dei metalli.
4 Ferromagnetismo, Ferrimagnetismo ed antiferromagnetismo
4 La risonanza magnetica. Le equazioni del moto del momento magnetico. Le equazioni di Bloch. Lo splitting
iperfine
4 Cenni di Nanostrutture: sistemi 0D, 1D, 2D; semiconduttori nanostrutturati
6 Solidi non cristallini. Modelli strutturali dei sitemi amorfi: continuous random network. I difetti di punto.
Proprieta' termiche dei vetri: capacita' termica, conducibilita' termica, temperatura fittiva, la transizione vetrosa.
8 Seminari su proprieta' di materiali innovativi o di particolare interesse applicativo

La verifica finale consiste nella preparazione di relazioni/seminari riguardanti gli
argomenti seminariali affrontati nel corso con l’approfondimento di argomenti di
letteratura, ed in una prova orale. I seminari/relazioni tipicamente contengono
una introduzione generale sui materiali investigati e la presentazione del loro
interesse, lo sviluppo di aspetti teorici o applicativi riguardanti i materiali studiati.
La preparazione dei seminari ha lo scopo di stimolare lo studente ad imparare a
presentare argomenti di ricerca ed esporli con competenza di linguaggio e di
contenuti in relazione agli aspetti affrontati nel corso.
La prova orale consiste in un esame-colloquio in cui il candidato e' chiamato a
presentare e discutere il proprio seminario/relazione e rispondere a domande
(almeno due/tre) sugli aspetti di fisica dello stato solido affrontati nel corso. Tale
prova consente di valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua
capacita' di applicarle, anche il possesso di proprieta' di linguaggio scientifico e
di capacita' di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a)(cid:9)Conoscenza di base dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella illustrazione della
relazione/seminario (18-22);
b)(cid:9)Conoscenza buona dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento, discreto
grado di consapevolezza e di autonomia nella illustrazione della relazione/
seminario (23-26);
c)(cid:9)Conoscenza approfondita dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
buon grado di consapevolezza e di autonomia nella illustrazione della relazione/
seminario (27-30 e lode);

TESTI DI BASE (BASIC TEXTBOOKS)
S. M. Sze, M. K. Lee – Semiconductor Devices - Physics and Technology –Ed.
John Wiley & Sons (ISBN 0470537949)
M. Guzzi – Principi di Fisica dei Semiconduttori – Ed. Hoepli (ISBN
88-203-3381-3)
C. Kittel - Introduzione alla Fisica dello Stato solido (Introduction to Solid State
Physics) – Ed. Wiley (ISBN 0-471-41526-x)
TESTI DI APPROFONDIMENTO (SUPPLEMENTARY TEXTBOOKS)
N.W. Ashcroft, D. N. Mermin - Solid State Physics – Ed. Saunders College
Publishing (ISBN-10: 0030839939)
S.R. Elliott - Physics of Amorphous Materials - Ed. Longman Scierntific &
Technical ( ISBN-10: 058202160X)
H. Bach, N. Neuroth, The Properties of Optical Glass. 1998. Ed. Spinger (ISBN
978-3-642-63349-2)
R. Kelsall, I. Hamley, M. Geoghegan - Nanoscale Science and Technology - Ed.
Wiley (ISBN 978-0-470-85086-2)

Gli obiettivi formativi del corso sono la comprensione e la conoscenza dei
seguenti argomenti:
1) Modelli di fenomeni fisici e biologici formulati in termini di sistemi di equazioni
paraboliche di reazione-diffusione, con applicazioni a dinamica di popolazioni,
cinetica chimica, sistemi eccitabili. Buona posizione. Equilibri e loro stabilita'.
2) Fenomeni di propagazione ondosa: soluzioni di tipo onde viaggianti e loro
stabilità.
3) Biforcazioni: studio e classificazione. Problemi di stabilita'. Formazione di
pattern stazionari e oscillanti nel tempo. Biforcazioni secondarie.
4) Teorema di Lyapunov-Schmidt. Riduzione alla varieta' centrale. Forme
normali.
5) Uso di software per la simulazione e l'analisi di sistemi dinamici in presenza
di biforcazioni. MATLAB, XPPAUT.

8 Modelli di reazione-diffusione. Richiami di teoria classica della regolarità per le soluzioni di equazioni
paraboliche: esistenza locale di soluzioni, regioni invarianti, stabilità lineare.
10 Equazioni di reazione-diffusione: autovalori, equilibri e stabilità. Minimal patch sizes. Fenomeni di biforcazione
degli equilibri e loro continuazione. Propagazione di fronti d'onda: esistenza e stabilità. L'equazione di Fisher-
Kolmogorov.
8 Sistemi di reazione-diffusione quali modelli in ambito biomatematico. Instabilità e fenomeni di biforcazione.
Biforcazione di Turing: instabilità guidata dalla diffusione. Analisi di stabilità lineare e formazione di pattern.
10 Analisi di biforcazione del meccanismo di Turing: Lyapunov-Schmidt reduction, analisi debolmente non lineare
e derivazione delle equazioni di ampiezza. Validità del formalismo delle equazioni di ampiezza. Instabilità di
Eckhaus.
6 Sistemi di reazione-diffusione con termini di diffusione non lineare. Chemotassi. Esistenza e regolarità della
soluzioni. Blow-up.
6 Simulazioni numeriche e algoritmi di continuazioni numerici per lo studio di pattern in sistemi di reazione-
diffusione. Uso dei software XPPAUT e MATLAB.

La verifica finale consiste in una prova orale. La prova finale mira a valutare
quanto profonda sia la comprensione acquisita dallo studente degli argomenti e
la proprieta' di linguaggio nell'esporre gli elementi della teoria. Durante la prova
orale lo studente dovra' rispondere ad un minimo di due/tre domande sugli
argomenti oggetto del programma e dovra' anche discutere in maniera critica
alcuni dei modelli proposti durante le ore di lezione.
La valutazione della prova orale, formulata sulla base dei seguenti criteri, verra'
espressa in trentesimi:
a) non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli argomenti
trattati nell'insegnamento (insufficiente);
b) accettabile conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento. Basilare
capacita' di esporre le applicazioni delle conoscenze acquisite e accettabile
conoscenza del linguaggio della teoria delle PDE (18-21);
c) discreta conoscenza e padronanza dei principali argomenti del corso,
soddisfacente proprieta' di linguaggio, con capacita' di applicare le conoscenze
acquisite anche a variazioni degli esempi svolti in classe (22-25);
d) buona padronanza dei principali argomenti, buona proprieta' di linguaggio,
pienamente soddisfacente capacita' di applicare autonomamente le conoscenze
allo studio dei problemi proposti (25-28);
e) ottima padronanza di tutti gli argomenti e capacita' di illustrare le sottigliezze
della teoria delle PDE paraboliche e le loro applicazioni in ambito
biomatematico, perfetta proprieta' di linguaggio, capacita' di applicare le
conoscenze per affrontare problemi anche diversi da quelli affrontati in classe
(29-30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Libri di testo (Textbooks):
Robert Stephen Cantrell e Chris Cosner, Spatial Ecology via Reaction-Diffusion
Equations, 1st edition, Wiley, 2007. ISBN-13: 978-0471493013
Peter Grindrod, Patterns and Waves: The Theory and Applications of Reaction-
Diffusion Equations, 1st edition, Oxford University Press,1991. ISBN-10:
0198596928
James D. Murray, Mathematical Biology II: Spatial Models and Biomedical
Applications, 3rd edition, Springer Nature, 2011. ISBN-10:0387952284
Libri di consultazione (Reference books):
Joel Smoller, Shock Waves and Reaction-Diffusion Equations, 2nd edition,
Springer New York, NY, 1994. ISBN 978-0-387-94259-9
Martin Golubitsky , David G. Schaeffer, Singularities and Groups in Bifurcation
Theory I, Springer New York, NY, 1985, ISBN 978-0-387-90999-8

Il corso mira all’apprendimento dei fondamenti della Relatività Generale nonché
delle sue applicazioni quali, ad esempio, la fisica dei buchi neri, la cosmologia
relativistica e le onde gravitazionali. Per conseguire tali obiettivi, il corso fornirà
gli strumenti matematici necessari, includendo elementi di calcolo tensoriale e di
geometria differenziale su varietà differenziabili.

4 Introduzione alla relatività generale. Richiami di relatività ristretta.
3 Tensore energia impulso. Fluidi perfetti. Principio di Equivalenza.
2 Varieta` differenziabili
3 Calcolo tensoriale su varieta` differenziabili. Esercitazioni.
4 Gravita' e curvatura dello spazio tempo
2 Equazioni del campo di Einstein.
4 Soluzione di Schwarzschild. Teorema di Birkhoff.
2 Verifiche classiche della Relativita' Generale
4 Buchi neri di Schwarzchild. Esercitazioni.
4 Buchi neri rotanti e osservabili astrofisiche: l'immagine di un buco nero
4 Oggetti compatti e collasso gravitazionale.
6 Onde gravitazionali. LIGO/Virgo e astronomia multimessaggera
3 Metrica di Friedman-Robertson-Walker. Modelli Cosmologici.
3 Osservazioni cosmologiche e problemi aperti

Esame orale.
L’esame mira a valutare la comprensione degli aspetti fondamentali della
Relatività Generale e della cosmologia relativistica, con attenzione sia alla
formulazione teorica sia alle applicazioni fenomenologiche.
Si richiede allo studente di comprendere ed esporre gli aspetti essenziali,
concettuali e fisici delle derivazioni, chiarendo il
significato delle ipotesi adottate, dei passaggi principali e dei risultati ottenuti. E
importante che lo studente capisca la trattazione geometrica della realta fisica,
tipica della Relatività Generale, le sue implicazioni ed applicazioni.
Parte integrante dell’esame è la presentazione di un argomento di
approfondimento scelto dallo studente, concordato con la docente e collegato ai
temi del corso. La presentazione dovrà mostrare la capacità di collegare il
formalismo teorico a fenomeni fisici, osservazioni o problemi aperti.
La valutazione finale sarà graduata sulla base dei seguenti criteri:
a) conoscenza di base della materia e capacità limitata di sviluppare
argomentazioni o derivazioni, sufficiente capacità di esposizione e di analisi di
fenomeni, problemi e soluzioni (voto 18-21);
b) buona conoscenza della materia e buona capacità di sviluppare
argomentazioni o derivazioni, buona capacità di esposizione e di analisi dei
fenomeni nonchè dei problemi concettuali e delle loro soluzioni (voto 22-25);
c) conoscenza approfondita (ma non piena) della problematica della Relatività
Generale, esposizione ed analisi articolata, ma con qualche incertezza, dei
fenomeni, dei problemi e delle soluzioni relative (voto 26-29);
d) conoscenza approfondita e piena della materia e piena padronanza nello
sviluppare le argomentazioni o le derivazioni relative, eccellente capacità di
esposizione e di analisi, anche critica, dei fenomeni, dei problemi e
delle soluzioni, nei migliori dei casi con contributi di studio ed analisi originali
nonchè ottime capacità comunicative (voto 30-30L).
L’esame è valutato in maniera insufficiente se lo studente ha scarsa
conoscenza di base degli argomenti principali dell'insegnamento e scarsa o
nulla capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Libri di testo:
Hartle, J. B. - Gravity: An introduction to Einstein's general relativity - Cambridge
University Press - ISBN-13: 978-1316517543
Schultz, B. - A First Course in General Relativity - Cambridge University Press -
ISBN-13: 978-0521277037
Testi di Approfondimento:
M.P. Hobson, G. Efstathiou and A. N. Lasenby – General Relativity, An
Introduction for Physicists – Cambridge University Press, ISBN-13:
978-0521829519
S. Carroll - Spacetime and geometry. An introduction to general relativity -
Pearson - ISBN-13: 978-1108488396
C.W. Misner, K.S. Thorne, J.A. Wheeler – Gravitation - Princeton University
Press - ISBN 13: 978-0691177793

Obiettivo formativo dell’insegnamento e' fornire agli studenti una conoscenza a
livello di un corso di laurea magistrale di un sistema binario in accrescimento, in
cui uno dei due corpi celesti e' una stella di neutroni o un buco nero (sistema
binario X).
Lo studente durante il corso apprende come evolve nel tempo un sistema
binario X imparando i principali meccanismi di perdita di momento angolare per
emissione di onde gravitazionali, frenamento magnetico e trasferimento di
massa dalla stella compagna all'oggetto compatto.
Lo studente inoltre impara importanti caratteristiche spettrali dei sistemi con
stelle di neutroni, come le righe di ciclotrone e la comptonizzazione spettrale.
Infine lo studente apprende la fisica di un disco di accrescimento e come
quest'ultimo interagisce con la stella di neutroni nel caso in cui in quest'ultima
sia presente oppure no un campo magnetico.

4 La fisica degli oggetti compatti: la pressione di degenerazione. Nane bianche, Stelle di neutroni e buchi neri.
5 Le leggi di Keplero: orbite chiuse e aperte, parametri kepleriani, lobo di Roche, relazioni fra parametri orbitali,
momento angolare del sistema.
5 Disco d’accrescimento: alpha-dischi e spettro di emissione
4 Caratteristiche dei sistemi binari HMXB e LMXB
6 Formazione ed evoluzione dei sistemi binari X di bassa massa
8 Spettri in emissione di sistemi binari HMXBs e LMXBs e analisi delle principali features

12 Analisi temporale di un sistema binario X NS-LMXB
12 Analisi spettrale di un sistema binario X ospitante una stella di neutroni

La verifica finale consiste in una prova orale, articolata nella discussione di due
elaborati individuali redatti dallo studente sulle attività di laboratorio svolte
(analisi spettrale e analisi temporale di un sistema binario X NS-LMXB).
Il colloquio verte sull’enunciazione e discussione delle leggi fisiche studiate e
sulla loro applicazione ai casi affrontati.
Tale prova consente di valutare:

• le conoscenze acquisite;
• la capacità di applicazione autonoma dei concetti;
• la padronanza del linguaggio scientifico;
• la chiarezza e l’efficacia dell’esposizione.
  Motivazione della modalità di verifica
  La modalità di verifica adottata, basata sulla discussione orale di elaborati
  prodotti individualmente, è stata scelta per garantire una valutazione completa e
  coerente con i risultati di apprendimento attesi.
  Essa consente di accertare:
• la padronanza dei concetti teorici trattati durante il corso;
• la capacità di applicare strumenti e metodi di analisi a casi reali;
• l’autonomia di giudizio scientifico nella gestione e discussione dei risultati;
• l’uso appropriato del linguaggio tecnico e l’organizzazione logica
  dell’esposizione.
  La discussione degli elaborati di laboratorio consente infine di valorizzare le
  competenze pratiche, analitiche e comunicative dello studente, in linea con gli
  obiettivi formativi dell’insegnamento.
  Criteri di valutazione (tassonomia del voto)
  La valutazione finale sarà formulata secondo i seguenti criteri:
• **18–21**: conoscenza di base delle leggi fisiche studiate; capacità limitata di
  applicarle autonomamente a contesti analoghi; sufficiente capacità di analisi e
  esposizione.
• **22–25**: buona conoscenza degli argomenti e capacità autonoma di
  applicazione a casi simili; discreta capacità di analisi e esposizione.
• **26–28**: conoscenza approfondita e applicazione corretta, anche se non
  sempre immediata; buona capacità analitica e padronanza del linguaggio
  scientifico.
• **29–30 e lode**: padronanza completa dei contenuti; applicazione pronta e
  corretta in tutti i contesti; eccellenti capacità analitiche, espositive e di giudizio
  critico.
  Studenti con disabilità e neurodiversità
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate dal CeNDis – Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità – in base alle specifiche esigenze e
  in attuazione della normativa vigente.

BASIC TEXTBOOK J. FRANK, A. KING , D. RAINE Accretion Power in
Astrophysics ISBN: 9781139164245
BASIC TEXTBOOK M.S. LONGAIR High Energy
Astrophysics 3rd Edition ISBN: 9780521756181

Obiettivo formativo dell’insegnamento e' fornire agli studenti una conoscenza a
livello di un corso di laurea magistrale dei processi di interazione fra la
radiazione elettromagnetica e la materia. Lo studente impara ad utilizzare in
quest'ambito non solo la fisica classica e la teoria classica
dell'elettromagnetismo, ma anche la relativita' speciale ed alcuni concetti di
meccanica quantistica. Impara come l'interazione con la materia puo' alterare lo
spettro della radiazione incidente e quali proprieta' fisiche della materia possono
essere dedotte da tali alterazioni (diagnostica delle proprieta' fisiche della
materia). Vengono inoltre descritti ed approfonditi alcuni esperimenti che sono
stati particolarmente significativi per lo sviluppo della fisica del XX secolo, alcuni
dei quali hanno aperto la strada a teorie fisiche importanti come la meccanica
quantistica.

3 Richiami di relativita' speciale, trattazione relativistica del campo elettromagnetico.
6 Radiazione emessa da una carica accelerata: formula di Larmor, effetti relativistici sull'emissione di radiazione,
generalizzazione relativistica della formula di Larmor.
2 Concetti preliminari: sezioni d’urto; attenuazione; coefficiente d’assorbimento; cammino libero medio; spessore
ottico.
5 Processi di diffusione e assorbimento della radiazione elettromagnetica: diffusione Thomson / Rayleigh /
oscillatore armonicamente legato.
5 Compton diretto e inverso; comptonizzazione satura e non satura; spettri di equilibrio.
4 Assorbimento di radiazione. Richiami di emissione stimolata e spontanea e coefficienti di Einstein. Rate
equations. Saturazione.
5 Effetto fotoelettrico, emissione di fluorescenza e effetto Auger; produzione di coppie.
5 Perdita di energia per ionizzazione: potere frenante.
6 Emissione per bremsstralung; bremsstrahlung termico; assorbimento per bremsstrahlung; Radiazione
Cherenkov.
5 Emissione di ciclotrone e sincrotrone; auto-assorbimento per sincrotrone.
2 Cenni sui rivelatori di radiazione altamente energetica: CCD, contatori a gas, fotomoltiplicatori, cristalli
scintillatori, rivelatore Compton, camera a scintille.

La verifica finale consiste in una prova orale. La prova orale consiste in un
esame-colloquio riguardante l’enunciazione e la discussione delle leggi fisiche
studiate e la loro applicazione per dedurre le proprieta' della materia sulla base
dello spettro della radiazione che interagisce con essa. Tale prova consente di
valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua capacita' di applicarle,
anche il possesso di proprieta' di linguaggio scientifico e di capacita' di
esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base delle leggi fisiche studiate e capacita' limitata di
applicarle autonomamente a situazioni analoghe a quelle studiate, sufficiente
capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di esposizione del ragionamento
(voto 18-21);
b) Conoscenza buona delle leggi fisiche studiate e capacita' di applicarle
autonomamente a situazioni analoghe a quelle studiate, discreta capacita' di
analisi dei fenomeni presentati e di esposizione del ragionamento (voto 22-25);
c) Conoscenza approfondita delle leggi fisiche studiate e capacita' di applicarle
ad ogni fenomeno fisico proposto, ma non sempre prontamente e seguendo un
approccio lineare, buona capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di
esposizione del ragionamento (voto 26-28);
d) Conoscenza approfondita e diffusa delle leggi fisiche studiate e capacita' di
applicarle prontamente e correttamente ad ogni fenomeno fisico proposto,
ottima capacita' di analisi dei fenomeni presentati e ottime capacita'
comunicative (voto 29-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Testi di base/Basic Textbooks:

• G.B. RYBICKY, A.P. LIGHTMAN, Radiative Processes in Astrophysics -
  ISBN-10: 0471827592 - ISBN-13: 978-0471827597
• M.S. LONGAIR, High Energy Astrophysics (Part II - Physical Processes) -
  ISBN-10: 0521756189 - ISBN-13: 978-0521756181
  Testi di approfondimento/Supplementary Textbooks:
• LANDAU & LIFSHITZ, The Classical Theory of Fields - ISBN: 9780750627689
• MARMIER, Physics of Nuclei and Particles Vol 1 - ISBN: 0124731015,
  9780124731011
• Dispense curate dal docente/lecture notes by the teacher

Il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
•fornire agli studenti la conoscenza dei principi fisici alla base della formazione
delle immagini in ambito radiologico (quali radiografia, tomografia
computerizzata, SPECT, PET e MRI)
•fornire agli studenti la conoscenza dei principi fisici alla base delle tecniche
radioterapiche e delle caratteristiche fondamentali degli apparati per la
realizzazione degli stessi.

6 Interazione delle radiazioni ionizzanti (particelle cariche, fotoni e neutroni) con la materia
3 Elementi di dosimetria delle radiazioni ionizzanti. Principali grandezze dosimetriche.
7 Tecniche diagnostiche a raggi X.
Sistemi di produzione di raggi X e rivelatori a raggi X utilizzati in diagnostica. Radiologia convenzionale
(radiografia, mammografia e fluoroscopia).
Imaging 3D tramite tomografia computerizzata (TC).
5 Tecniche diagnostiche di medicina nucleare.
Produzione di radiofarmaci. Proprietà dei radionuclidi impiegati.
Scintigrafia ad emissione di singolo fotone. Tecniche 3D quali tomografia computerizzata a emissione di
singolo fotone (SPECT) e tomografia a emissione di positroni (PET).
9 Fondamenti di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). Fenomeni di rilassamento. Imaging di risonanza
magnetica (MRI): principi fisici e apparati per acquisizioni tomografiche. Sequenze di impulsi.
Tecniche MRI avanzate: Spettroscopia MR in vivo, Imaging MR pesato in diffusione, trattografia, MRI
funzionale
3 Imaging ad ultrasuoni. Interazione degli ultrasuoni con la materia. Sistemi di produzione degli ultrasuoni.
Imaging Doppler.
3 I concetti fondamentali di radioterapia con fotoni, particelle cariche e neutroni.
2 Gli aspetti di base della radiobiologia.
6 Radioterapia con fasci esterni di fotoni ed elettroni. Principio di funzionamento di un acceleratore lineare
(LINAC). Adroterapia con particelle cariche. Terapia a cattura neutronica.
4 Elementi di radioprotezione: principi fondamentali e metodi di controllo delle esposizioni. Applicazioni negli
ambiti diagnostico e terapeutico.

La verifica finale consiste in una prova orale. La prova orale consiste in un
esame-colloquio in cui il candidato è chiamato a descrivere i principi fisici delle
tecniche fisiche utilizzati nella diagnostica e nella terapia medica trattate durante
le lezioni frontali. Durante questa discussione al candidato viene chiesto di
approfondire alcuni degli aspetti teorici pertinenti le tecniche diagnostiche e le
relative strumentazioni così come le tecniche terapeutiche e gli apparati utilizzati
per effettuare i trattamenti terapeutici. Tale prova consente di valutare, oltre alle
conoscenze del candidato e alla sua capacità di applicarle, anche il possesso di
proprietà di linguaggio scientifico e di capacità di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sarà formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a)conoscenza solo di base dei fondamenti teorici delle varie tecniche fisiche per
diagnosi e terapia medica descritte nel corso e capacità limitata di sviluppare le
argomentazioni o le derivazioni relative, sufficiente capacità di esposizione, di
analisi di fenomeni e di risoluzione di problemi (voto 18-21);
b)discreta conoscenza dei fondamenti teorici delle varie tecniche fisiche per
diagnosi e terapia medica descritte nel corso e buona capacità di sviluppare
argomentazioni, buona capacità di esposizione ed analisi dei fenomeni nonché
dei problemi concettuali e delle loro soluzioni (voto 22-25);
c)conoscenza approfondita (ma non piena) dei fondamenti teorici delle varie
tecniche fisiche per diagnosi e terapia medica descritte e delle relative
apparecchiature, esposizione ed analisi articolata, ma con qualche
tentennamento, dei fenomeni, dei problemi e delle soluzioni relative (voto
26-28); d)conoscenza approfondita e piena dei concetti dei fondamenti teorici
delle varie tecniche fisiche per diagnosi e terapia medica descritte e delle
relative apparecchiature e piena padronanza nello sviluppare le argomentazioni,
eccellente capacità di esposizione e di analisi, anche critica, dei fenomeni, dei
problemi e delle soluzioni, nei migliori dei casi con contributi di studio ed analisi
originali nonché ottime capacità comunicative (voto 29-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Textbook

• Diagnostic radiology physics: a handbook for teachers and students.
  International Atomic Energy Agency, 2014. ISBN 978–92–131010–1
• Radiation oncology physics: a handbook for teachers and students.
  International Atomic Energy Agency, 2005. ISBN 92–0–107304–6
  Texts for consultation
• R.K. Hobbie, B.J. Roth, Intermediate Physics for Medicine and Biology,
  Springer –Verlag, Fourth Edition 2007;
• Bushberg, J. T., Seibert, J. A., Leidholdt, E. M., & Boone, J. M. The
  essential physics of medical imaging (3rd ed.). Lippincott Williams and Wilkins,
  2011.
• A. Webb, N. Smith. Introduction to medical imaging : physics, engineering, and
  clinical applications. Cambridge University Press, 2011.

Il corso si propone di fornire le basi sperimentali e metodologiche e delle nozioni
di base per allestire una misura della fisica delle particelle.

8 Richiami di interazioni radiazione-materia. Scintillatori, linearità e costante di Birks.
6 Calorimetri elettromagnetici e adronici. Risoluzione energetica e compensazione
4 Rilevatori di gas: camera di ionizzazione, contatore proporzionale, camera multifilo, camera di deriva TPC,
RPC.
4 Definizione delle quantità usate per la descrizione dei raggi cosmici
4 Flusso, anisotropia, composizione e spettro energetico Energia per nucleone e rigidità
6 Fotomoltiplicatori, SiPM: caratteristiche e modalità di utilizzo.

10 Caratterizzazione di un rivelatore SiPM. Misura del guadagno e della dark current. Misure in camera climatica
in funzione della temperatura.
10 Misura del flusso di raggi cosmici in laboratorio per mezzo del Cosmic Ray Cube.

12 Raggi cosmici: Rilevamento dei raggi cosmici utilizzando rivelatori a scintillazione. Accoppiamento a
fotomoltiplicatori. Curva di coincidenza. Stima del flusso di raggi cosmici e della sua distribuzione angolare.

L'esame consiste in una prova orale, costituita da un esame-colloquio
riguardante aspetti teorici trattati nel corso e la discussione di una delle prove
sperimentali di laboratorio. Tale prova consente di valutare, oltre alle
conoscenze del candidato e alla sua capacità di applicarle a un caso di studio,
anche il possesso di proprietà di linguaggio scientifico e di capacità di
esposizione chiara e diretta. Le relazioin delle esperienze verranno valutate e
contribuiranno alla formazione del voto finale espresso in trentesimi.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base dei concetti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (18-22);
b) Buona conoscenza degli argomenti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (23-26);
c) Conoscenza approfondita degli argomenti fondamentali oggetto
dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
discussione degli argomenti esposti (27-29);
d) Ottima e completa conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento,
pronta capacita' di applicarli correttamente a varie situazioni fisiche ed ottima
capacita' comunicativa (30-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

Glenn Knoll, Radiation detection and measurement - all versions - ISBN 10:
0470131489 ISBN 13: 9780470131480
W.R. Leo, "Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments", Springer-
Verlag. ISBN: 3-540-17386-2

Le lezioni frontali hanno lo scopo di fornire una solida preparazione su alcuni
importanti aspetti della fisica della materia. Le attivita' di laboratorio consentono
agli studenti di realizzare esperimenti riguardanti la fisica della materia e
permettono loro di acquisire una buona padronanza del metodo scientifico per
proporre e affrontare nuove esperienze.

3 Introduzione. Nanomateriali zero-dimensionali: Nanoparticelle. Principali conseguenze della ridotta
dimensionalita.
2 Superficie dei nanomateriali
3 Sintesi di nanomateriali
2 Nanosistemi mono-dimensionali: Nanotubi
3 Nanosistemi bi-dimensionali: Nanofogli
2 Nanoparticelle magnetiche, superparamagnetismo
3 Proprieta' ottiche dei nanomateriali
2 Caratterizzazione sperimentale dei nanomateriali
3 Microscopia a forza atomica (AFM).
Introduzione. Scopo della tecnica di microscopia a forza atomica (AFM). Forze di interazione tip superficie: van
der Waals, repulsive a short-range, di adesione e capillari. Metodi di acquisizione di immagini: statico (contatto)
e dinamico (contatto intermittente e non contatto).
4 Teoria della tecnica di amplitude-modulation AFM. Presentazione e discussione del modello dell'oscillatore
armonico debolmente perturbato. Limiti del modello e discussione degli effetti della non linearita'
dell'interazione tip-superficie.
5 Descrizione del principio di funzionamento del microscopio a forza atomica.
Descrizione dettagliata delle componenti di un microscopio AFM:

• il cantilever, proprieta' geometriche ed effetti indotti dalle dimensioni finite del tip.
• sistema di eccitazione del cantilever per misure di Tapping
• sistema di scansione, artefatti dovuti ai piezoelettrici
• sistema di misura della deflessione del cantilever
• sistema PID
  Effetto dei parametri sulla qualita' della scansione.

24 Calibrazione degli scanner open-loop. Acquisizione di immagini di numerosi nanomateriali con diversa
dimensionalita' attraverso l’uso di un microscopio a forza atomica (AFM). Determinazione dei corretti parametri
di scansione (parametri PID, forza di interazione punta-superficie, ecc). Studio dei tipici artefatti introdotti dalla
punta AFM (il cui apice ha dimensioni di circa 10 nm) sulle immagini acquisite. Elaborazione dei dati
sperimentali acquisiti.

La verifica finale consiste nella preparazione di una relazione riguardante
l’attivita' svolta in laboratorio e da una prova orale. La relazione di laboratorio
tipicamente contiene una breve introduzione teorica all’argomento, una
descrizione dettagliata dei set-up sperimentali utilizzati, una descrizione degli
esperimenti svolti ed infine una discussione sui dati ottenuti e sulla loro
interpretazione. Le relazioni di laboratorio vengono svolte tipicamente in gruppi
di tre studenti, in modo tale da invogliarli a discutere in modo critico i vari
argomenti oggetto dell’insegnamento. La preparazione delle relazioni ha lo
scopo di stimolare lo studente ad imparare il modo corretto di relazionare su una
attivita' scientifica, individuando ed esprimendo in modo chiaro gli elementi
fondamentali della attivita' svolta e delle sue ragioni di interesse.
La prova orale consiste in un esame-colloquio in cui il candidato e' chiamato a
presentare e difendere la propria relazione di laboratorio. Durante questa
discussione al candidato viene chiesto di approfondire alcuni degli aspetti teorici
pertinenti all’attivita' sperimentale svolta. Tale prova consente di valutare, oltre
alle conoscenze del candidato e alla sua capacita' di applicarle, anche il
possesso di proprieta' di linguaggio scientifico.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a)(cid:9)Conoscenza di base delle proprieta' dei nanomateriali e dei fondamenti teorici
delle tecniche sperimentali oggetto dell’insegnamento, sufficiente grado di
consapevolezza e di autonomia nella difesa delle attivita' svolte in laboratorio e
della relazione (18-22);
b)(cid:9)conoscenza buona delle proprieta' dei nanomateriali e dei fondamenti teorici
delle tecniche sperimentali oggetto dell’insegnamento, discreto grado di
consapevolezza e di autonomia nella difesa delle attivita' svolte in laboratorio e
della relazione (23-26);
c)(cid:9)conoscenza approfondita delle proprieta' dei nanomateriali e dei fondamenti
teorici delle tecniche sperimentali oggetto dell’insegnamento, buon grado di
consapevolezza e di autonomia nella difesa delle attivita' svolte in laboratorio e
della relazione (27-30 e lode);
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

TESTI BASE (BASIC TEXTBOOKS)
•(cid:9)Vollath Dieter, Nanoparticles - Nanocomposites - Nanomaterials- An
Introduction for Beginners (Wiley-vch, Germany, 2013, ISBN:
978-3-527-33460-5), all editions.
•(cid:9)Ricardo Garcia, Amplitude Modulation Atomic Force Microscopy (Wiley-VCH
Verlag & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinhein, Germany, 2010, ISBN:
978-3-527-40834-4), all editions.
APPROFONDIENTO (FURTHER READING):
“Spectroscopy for material characterization”. Editore Prof. Simonpietro Agnello.
ISBN: ISBN: 978-1-119-69732-9 (print) ISBN: 978-1-119-69805-0 (e-book).

Conoscenza dei fenomeni di base dell’ottica quantistica, delle proprieta' degli
stati quantistici del campo elettromagnetico e della interazione fra atomi e campi
a livello quantistico, padronanza delle tecniche matematiche necessarie alla loro
analisi

6 Operatore densità, stati quantistici del campo elettromagnetico e loro rappresentazione
6 Beam splitters, interferometro di Mach Zehnder, interferometro di Ong Hou Mandel, bunching, teletrasporto
4 Interazione atomo campo, cavity QED, modello di Jaynes Cummings
6 Sistemi quantistici aperti, master equation, derivazione microscopica e collisionale, quantum unravelling
4 Sistemi optomeccanici
2 Circuit QED
4 Giunzioni Josephson, Squids, Cooper Pair Box.

4 Equazioni di Langevin quantistiche, formalismo input-output, equazioni di Fokker Planck quantistiche
2 Ottica non lineare
4 Funzioni di quasi probabilità, Funzione di Wigner, funzioni caratteristiche
4 Misura del campo, teoria del fotoconteggio, formula di Mandel, funzioni di correlazione, misure di omodina
2 Hamiltoniane effettive
4 Quantizzazione di linee di trasmissione e circuiti risonanti non lineari
4 Vettore di Bloch, distibuzioni di quasi-probabilità

Esame orale con discussione di un argomento concordato col docente,
discussione di semplici problemi di ottica quantistica.
Criteri di Valutazione:
a) Conoscenza di base dei concetti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (18-22);
b) Buona conoscenza degli argomenti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (23-26);
c) Conoscenza approfondita degli argomenti fondamentali oggetto
dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
discussione degli argomenti esposti (27-29);
d) Ottima e completa conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento,
pronta capacita' di applicarli correttamente a varie situazioni fisiche ed ottima
capacita' comunicativa (30-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

TESTI BASE (BASIC TEXTBOOKS)
S.Haroche, J.M.Raimond, EXPLORING THE QUANTUM, Oxford U.P. ISBN-10
: 0199680310
Howard Carmichael - An open systems approach to quantum optics, Springer,
Lecture Notes in Physics ISBN-10 : 366213926X
TESTI DI APPROFONDIMENTO (SUPPLEMENTARY TEXTBOOKS)
altri articoli scientifici suggeriti dal docente - further scientific articles suggested
by the instructor.

Possedere una buona conoscenza della fenomenologia della spettroscopia, dei
modelli che descrivono i processi di interazione radiazione materia e della
pratica di laboratorio di spettroscopia. Oltre a questo obiettivo specifico il corso
si propone di contribuire al
raggiungimento degli obiettivi formativi piu' generali previsti nel regolamento
didattico del corso di laurea magistrale in Fisica.

10 Introduzione alla spettroscopia di assorbimento e luminescenza. Attenuazione ottica (legge di Lambert-Beer);
coefficiente di assorbimento (cross section). Emissione di luminescenza, definizione di fluorescenza e
fosforescenza e legame con l’assorbimento. Transizioni ottiche in sistemi a due livelli: probabilita' di transizione
indotta e spontanea (coefficienti di Einstein). Regole di selezione e forza di oscillatore. Richiami di teoria
semiclassica dell'interazione radiazione materia.
8 Cenni sulle proprieta' ottiche molecolari. Determinazione dei livelli energetici: stati elettronici e vibrazionali nel
modello di coordinate configurazionali. Approssimazione di Born Oppenheimer. Descrizione dell’attivita' di
assorbimento e luminescenza tramite il diagramma di Jablonski. Fenomeni di allargamento spettrale di un
segnale spettroscopico: contributi omogenei e contributi inomogenei. Termini di rilassamento di uno stato
eccitato (tempo di vita), emissione radiativa di luminescenza. Effetti di temperatura. Effetti solvatocromici.
8 Cenni di spettroscopia vibrazionale.
Modi normali di vibrazione. Coordinate normali. Funzione d'onda e livelli energetici dell'oscillatore armonico ed
anarmonico. Operazioni di simmetria, gruppi di punto e tabelle carattere. Regole di selezione e intensita' delle
righe spettrali. Spettri di "overtones e combinations" delle frequenze fondamentali di vibrazione. Interazioni roto-
vibrazionali. Struttura fine rotazionale. Principi fisici della spettroscopia Raman. Scattering elastico ed
anelastico. Vibrazioni molecolari e polarizzabilita’. Trattazione classica e semiclassica dell’effetto Raman.
Spettroscopia di assorbimento infrarossa. Regole di selezione per spettroscopia Raman ed infrarossa.
6 Tecniche sperimentali nelle spettroscopie di assorbimento, luminescenza. Componenti spettroscopici: a)
Sorgente di eccitazione (lampade, laser...); b) Elementi dispersivi (prismi e reticoli, potere dispersivo e
risolutivo); c) Rivelazione di luce (descrizione del fotomoltiplicatore e del Charge Coupled Device CCD,
sensibilita', rumore e tempo di risposta). (d) Schema e principio di funzionamento dei principali setup di
spettroscopia ottica (spettrofotometro, spettrofluorimetro...); (e) Cenni su altre spettroscopie.

8 Acquisizione di spettri di assorbimento ottico attraverso l’uso di uno spettrofotometro a scansione e di uno
spettrofotometro multi-canale. Studio dell'effetto dei parametri strumentali. Interpretazione dei dati ottenuti e
raccolta di informazioni sul fotociclo di molecole o nanosistemi.
8 Acquisizione di spettri di emissione ed eccitazione attraverso l’uso di uno spettrofluorimetro a scansione e di
una sfera integratrice. Studio dell'effetto dei parametri strumentali. Interpretazione dei dati raccolti ed
informazioni sui fotocicli molecolari o di nanosistemi. Stime assolute e relative di quantum yield.
8 Assemblaggio ed allineamento di strumentazione ottica. Elementi dispersivi e detector. Calibrazione di uno
spettrometro. Raccolta, trattamento, analisi, ed interpretazione di dati ottici.

La verifica finale consiste nella preparazione di relazioni riguardanti gli
esperimenti svolti dallo studente in laboratorio ed in una prova orale. La
relazione di laboratorio tipicamente contiene una breve introduzione teorica
all’argomento, una descrizione dei set-up sperimentali utilizzati, una descrizione
degli esperimenti svolti, l’analisi dei dati raccolti ed infine una discussione sui
dati ottenuti e sulla loro interpretazione. Gli esperimenti e le relative relazioni
vengono svolte tipicamente in gruppi di tre studenti, in modo tale da invogliarli a
valutare e discutere in modo critico i risultati ottenuti anche in relazione ad i vari
argomenti oggetto dell’insegnamento. La preparazione delle relazioni ha lo
scopo di stimolare lo studente ad imparare il modo corretto di relazionare su una
attivita' scientifica, individuando ed esprimendo in modo chiaro gli elementi
fondamentali della attivita' svolta e delle sue ragioni di interesse. La prova orale
consiste in un esame-colloquio in cui il candidato e' chiamato a presentare e
discutere la propria relazione di laboratorio, dimostrare la conoscenza dei
contenuti teorici trattati durante il corso, mettendoli anche in relazione all’attivita'
sperimentale svolta. Tale prova consente di valutare, oltre alle conoscenze del
candidato e alla sua capacita' di applicarle, anche il possesso di proprieta' di
linguaggio scientifico e di capacita' di esposizione chiara e diretta. er gli studenti
con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti compensativi e le
misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di Ateneo per la disabilità
e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in attuazione della
normativa vigente.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali
oggetto dell’insegnamento, sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia
nella illustrazione delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (18-22);
b) Conoscenza buona dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali oggetto
dell’insegnamento, discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella
illustrazione delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (23-26);
c) Conoscenza approfondita dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali
oggetto dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
illustrazione delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (27-30 e lode);

TESTI DI BASE/BASIC TEXTBOOKS

• W. Demtroder, Molecular Physics, Wiley (2005). ISBN: 978-3-527-40566-4
• J. M. Hollas, Modern Spectroscopy, Wiley. ISBN: 978-0-470-84416-8
  TESTI DI APPROFONDIMENTO/SUPPLEMENTARY TEXTBOOKS
• J.-R. Lakowicz, Principles of Fluorescence Spectroscopy, Third Edition,
  Springer (2006). ISBN 978-0-387-31278-1
• D. C. Harris, M. D. Bertolucci, Symmetry and spectroscopy: an introduction to
  vibrational and electronic spectroscopy, Oxford University Press (1978). ISBN:
  978-0486661445

(i) Introdurre lo studente alla descrizione della fisica statistica di sistemi a molti
corpi evidenziando la natura e le caratteristiche dei fenomeni critici.
(ii) Comprendere il significato dei concetti di fase di un sistema, emergenza,
stato critico, leggi di scala e di universalità.
(iii) Introduzione ai principali concetti della fisica dei sistemi di non equilibrio.
(iv) Presentazione di applicazioni della metodologia e dei concetti della fisica
statistica in sistemi a molti corpi di natura fisica e interdisciplinare.

2 Introduzione al Corso. Insieme microcanonico. Entropia di Boltzmann. Paradosso di Gibbs.
2 Insieme canonico. Fluttuazioni di energia e limite termodinamico. Entropia di Shannon. Funzione partizione per
sistemi con elementi indipendenti e per sistemi con elementi interagenti.
2 Insieme gran canonico. Fluttuazione del numero di particelle in assenza and in presenza di transizioni di fase.
2 Transizioni di Fase, considerazioni generali. Modello di gas reale di van der Waals.
2 Modello di Ising. Soluzione di campo medio di Bragg-Williams.
2 Esponenti critici nella soluzione di campo medio del modello di Ising.
2 Soluzione di campo medio di Bethe-Peirsle del modello di Ising.
2 Soluzione esatta del modello di Ising unidimensionale.
2 Funzione di correlazione. Funzione di correlazione in Ising 1D. Modello di Ising in 2D. Trattazione del modello
di Ising 2D di Kramers e Wannier.
2 Soluzione di Onsager del modello di Ising 2D. Determinazione dell'Energia per spin e del Calore Specifico per
Spin.
2 Gli esponenti critici. Relazioni termodinamiche e diseguaglianze degli esponenti critici (Rushbrooke e Griffiths).
2 Teoria fenomenologica di Landau. Energia libera con termine cubico nel parametro d'ordine.
2 L'ipotesi di scaling nella teoria di Landau. Uguaglianza degli esponenti critici nella teoria di Landau. L'ipotesi di
scaling di Kadanoff. Decimazione di un sistema. Esponenti critici e dimensionalita' dello spazio ospitante.
Fluttuazioni del parametro d'ordine e criterio di Ginzburg. Dimensione critica superiore.
2 Cenni sui processi stocastici. Esempi di funzione densità di probabilità e di funzione distribuzione di un
processo stocastico. Moto Browniano. Processi stocastici Markoviani e non-Markoviani.
2 Percolazione. Percolazione su reticolo 1D. Valore medio della size di un cluster cui appartiene un sito
selezionato a caso. Funzione di Correlazione. Animali di reticolo per D>1. Definizione di Cayley tree.
2 Percolazione in un reticolo di Bethe. Percolazione di sito su reticolo quadrato 2D. Finite size effect. Cenni sul
ruolo del finite size effect nel modello di Ising 2D.
2 Modello di Erdos-Renyi. Exponential random graphs.
2 Catene di Markov. Metodo Monte Carlo. Master equation e bilancio dettagliato.
2 Modelli ad agente. Modello di Kirman.
2 Concetti di base sui vetri di spin. Disordine strutturale. Concetto di frustrazione. Parametro d'ordine nei sistemi
disordinati.

12 Funzione partizione. Gas ideale nel limite ultrarelativistico. Variante di sistema di van der Walls. Sistema di
Ising con tre spin. Rinormalizzazione del modello di Ising 1D. Teoria di Landau con termine cubico.
Percolazione 1D e percolazione su Cayley tree. Catena di Markov ergodica ma non in equilibrio. Energia e
calore specifico di un modello di Ising a pochi spin. Simulazione Monte Carlo di un modello di ising 1D e 2D.

La verifica consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova
scritta riguarda la risoluzione analitica o con approccio computazionale di alcuni
problemi e/o la risposta aperta a domande che riguardano i principali argomenti
della Fisica statistica.
La prova orale consiste in un colloquio riguardante l’enunciazione e la
discussione degli argomenti svolti durante il corso ed eventualmente
l'impostazione della risoluzione di problemi proposti al candidato. Tale prova
consente di valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua capacita' di
applicarle, anche il possesso di proprieta' di linguaggio scientifico e di capacita'
di esposizione chiara e diretta.
La valutazione, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza solo di base dei modelli e delle applicazioni di fisica statistica
studiate e capacita' limitata di applicarle autonomamente, sufficiente capacita' di
analisi dei fenomeni presentati e di esposizione delle procedure seguite (voto
18-21);
b) Conoscenza buona dei modelli e delle applicazioni di fisica statistica studiate
e capacita' di applicarle autonomamente a situazioni analoghe a quelle studiate,
discreta capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di esposizione delle
procedure seguite (voto 22-25);
c) Conoscenza approfondita dei modelli e delle applicazioni di fisica statistica
studiate e capacita' di applicarle ad ogni fenomeno fisico proposto, pur con
qualche tentennamento, buona capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di
esposizione delle procedure seguite (voto 26-28);
d) Conoscenza approfondita e diffusa dei modelli e delle applicazioni di fisica
statistica studiate e capacita' di applicarle prontamente e correttamente ad ogni
fenomeno fisico proposto, ottima capacita' di analisi dei fenomeni presentati e
ottime capacita' comunicative (voto 29-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

R.K. Pathria & P.D. Beale. Statistical mechanics (Third edition). 2011 Academic
press. ISBN 978-0-12-382188-1
R. Livi and P. Politi. Nonequilibrium Statistical Physics. A modern perspective.
2017. Cambridge University Press ISBN 978-1-107-04954-3

Imparare, dal punto di vista qualitativo e quantitativo. le principali conseguenze
fisiche della struttura periodica dei solidi. Comprendere la differenza tra
fenomeni a singola-particella e a molti corpi. Imparare il formalismo della
seconda quantizzazione.

4 Envelope function approximation e eterostrutture quantistiche.
6 Effetto Hall quantistico (fenomenologia, stati edge, ruolo del disordine)
4 Quantizzazione del campo di vibrazione di un cristallo: fononi.
2 Interazione elettrone-fonone
4 Teoria di campo medio e transizioni di fase. Applicazioni nella magnetizzazione spontanea.
3 Descrizione via campo quantizzato di bosoni (seconda quantizzazione).
3 Descrizione di condensati BEC via stati coerenti: funziona d'onda del condensato.
4 Teoria di Bogoliubov di un gas di bosoni debolmente interagenti e superfluidità
3 Seconda quantizzazione per fermioni.
7 Superconduttivita': fenomenologia e modelli empirici, stato coerente di coppie di Cooper, teoria BCS, quasi-
particelle.

2 Moto quantistico di un elettrone in forti campi magnetici (livelli di Landau).
2 Diagonalizzazione di una catena armonica con potenziale di richiamo locale.
2 Scattering elettrone fonone.
4 Trasformazioni di Bogoliubov.
2 Lacune come quasi-particelle.

Esame orale sull'intero programma.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) conoscenza di base dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e autonomia. Sufficienti capacita'
comunicative. (18-22);
b) conoscenza buona dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento, discreto
grado di consapevolezza e autonomia nella difesa della tesina. Buone capacita'
comunicative. (23-26);
c) conoscenza approfondita dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
buon grado di consapevolezza e di autonomia nella difesa della tesina. Solide
capacita' comunicative. (27-30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

• G. Grosso, G. Pastori Parravicini - Solid State Physics (Academic Press, 2 Ed.,
  2013, ISBN: 978-0-12-385030-0)
• S. Datta - Electronic Transport in Mesoscopic Systems (Cambridge University
  Press, Cambridge, ISBN: 1995, 9780511805776)
  Further suggested textbooks
• S. M. Girvin, K. Yang - Modern Condensed Matter Physics (Cambridge
  University Press, 2019, ISBN: 110713739X)
• J. F. Annett - Superconductivity, Superfluids, and Condensates (Cambridge
  University Press, 2004, ISBN: 0 19 850755 0)

Obiettivo formativo dell’insegnamento e' fornire agli studenti una buona e
profonda conoscenza di base della teoria quantistica dei campi, e delle sue
applicazioni in elettrodinamica quantistica.

4 Formulazione Lagrangiana e Hamiltoniana dei campi. Transizione del discreto al continuo. Teorema di Noether
per i campi. Tensore energia-momento. Introduzione alla teoria dei gruppi continui.
2 Sistemi di particelle identiche. Seconda quantizzazione. Bosoni e fermioni. Teorema spin-statistica. Spinori di
Weyl e di Majorana.
4 Teoria dello scattering e matrice S. Sviluppo di Dyson. Teorema di Wick. Funzioni di Green. Equazione di
Lippman-Schwinger.
5 Campo di Klein-Gordon reale e complesso in seconda quantizzazione. Campo di Dirac in seconda
quantizzazione. Particelle e antiparticelle.
3 Propagatori. Propagatore di Feynman per in campo di Klein-Gordon e il campo di Dirac.
4 Quantizzazione covariante del campo elettromagnetico. Formalismo di Gupta-Bleuler. Propagatore di
Feynman per il campo elettromagnetico.
6 Elettrodinamica quantistica nel gauge di Lorentz. Invarianza di gauge e interazione elettrone-fotone.
Diagrammi di Feynman dell'elettrodinamica quantistica. Processi di elettrodinamica quantistica di ordine piu'
basso.
4 Diagrammi a loop e correzioni radiative. Auto-energia, divergenze infrarosse e ultraviolette. Regolarizzazione e
rinormalizzazione.

9 Esercitazioni su: calcolo di sezioni d'urto, teoria dello scattering, propagatori e funzioni di Green.
12 Esercitazioni sui diagrammi di Feynman e processi di QED all'ordine piu' basso: creazione e annichilazione di
coppie particella-antiparticella, scattering Compton, scattering elettrone-elettrone, scattering di Bhabha,
scattering da un campo esterno.
3 Esercitazioni sulle correzioni radiative: autoenergia dell'elettrone e del fotone, cenni sulla rinormalizzazione
della massa e della carica dell'elettrone.

L'esame consiste in una prova orale. Essa consiste nell'esposizione, sotto forma
di seminario/presentazione, di un argomento non trattato a lezione scelto tra
una lista di argomenti proposti dal docente a fine corso, che lo studente deve
sviluppare autonomamente, e in un esame/colloquio su argomenti trattati
durante il corso.
La valutazione finale, opportunamente graduata e basata sia sulla valutazione
del seminario (comprensione dell'argomento trattato, chiarezza espositiva e
rigore metodologico) sia sull'esame/colloquio, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base dei concetti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (18-22);
b) Buona conoscenza degli argomenti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (23-26);
c) Conoscenza approfondita degli argomenti fondamentali oggetto
dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
discussione degli argomenti esposti (27-29);
d) Ottima e completa conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento,
pronta capacita' di applicarli correttamente a varie situazioni fisiche ed ottima
capacita' comunicativa (30-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Testi Base (Basic Textbooks)
F. Mandl, G. Shaw, Quantum Field Theory (second edition), Wiley, ISBN
978-0-471-49684-7
R.D. Klauber, Student Friendly Quantum Field Theory, Sandtrove Press, ISBN
978-0-9845139-3-2
Testi di approfondimento (Supplementary Textbooks)
A. Rubbia, Phenomenology of Particle Physics, Cambridge University Press,
ISBN 978-1-316-51934-9
M.D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model, Cambridge
University Press, ISBN 978-1-107-03473-0
M.E. Peskin, D.V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, Addison-
Wesley, ISBN 0-201-50397-2

Presentare gli aspetti principali della teoria delle algebre di Lie fornendo agli
studenti strumenti e metodologie diverse.

12 Algebre astratte, algebre libere, algebre lineari. Algebre di Lie. Algebre di Lie lineari, algebre di Lie classiche.
Derivazioni. Costanti di struttura. Ideali, algebre di Lie semplici. Centro di un’algebra di Lie, Algebra di Lie
derivata. Somma diretta di algebre di Lie. Omomorfismi. Rappresentazioni di algebre di Lie. Algebre di Lie
nilpotenti. Notazione normalizzata. Proprieta' strutturali di algebre nilpotenti. Ideale massimale nilpotente.
Derivazioni esterne.
12 Teorema di Engel. Criterio di nilpotenza di algebre di Lie di dimensione finita. Algebre di Lie risolubile.
Proprieta' strutturali di algebre risolubile. Radicale. Algebre di Lie semisemplici. Teorema di Lie. Descrizione di
algebre di Lie semisemplici di dimensione finita sopra un campo algebricamente chiuso. Forma di Killing.
Primo e secondo criterio di Cartan.
10 Derivazioni di algebre di Lie semisemplici. Decomposizione astratta di Jordan. Algebre di Lie semisemplici
complesse e decomposizione in spazi radice.
14 Sottoalgebre di Cartan. Sottoalgebre isomorfe a sl(2, C). Stringhe di radici ed autovalori. Sottoalgebre di
Cartan e prodotti interni. Sistemi di radici. Basi di sistemi di radici. Matrici di Cartan e diagrammi di Dynkin.
Algebre di Lie semplici sul campo complesso.

L'esame consiste in una prova orale. Tale prova consiste in un colloquio, volto
ad accertare il possesso delle competenze e delle conoscenze disciplinari
previste dal corso. La valutazione viene espressa in trentesimi. Gli studenti che
seguono il corso hanno la possibilita' di svolgere una prova in itinere. Il giudizio
sulla prova in itinere concorre alla formulazione del voto dell'esame finale.
Descrizione dei metodi di valutazione:

• Valutazione eccellente: voto 30-30 e lode. Esito: ottima conoscenza degli
  argomenti, ottima proprieta' di linguaggio, buona capacita' analitica, lo studente
  e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.
• Valutazione molto buono: voto 26-29. Esito: Buona padronanza degli
  argomenti, piena proprieta' di linguaggio, lo studente e' in grado di applicare le
  conoscenze per risolvere i problemi proposti.
• Valutazione buono: voto 24-25. Esito: conoscenza di base dei principali
  argomenti, discreta proprieta' di linguaggio, con limitata capacita' di applicare
  autonomamente le conoscenze alla soluzione dei problemi proposti.
• Valutazione soddisfacente: voto 21-23. Esito: non ha piena padronanza degli
  argomenti principali dell’insegnamento ma ne possiede le conoscenze,
  soddisfacente proprieta' di linguaggio, modesta capacita' di applicare
  autonomamente le conoscenze acquisite.
• Valutazione sufficiente: voto 18-20. Esito: minima conoscenza di base degli
  argomenti principali dell’insegnamento e del linguaggio tecnico, minima
  capacita' di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.
• Valutazione insufficiente. Esito: non possiede una conoscenza accettabile dei
  contenuti degli argomenti trattati nell'insegnamento.
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente.

Testo di riferimento: K. Erdmann, M.J. Wildon, "Introduction to Lie Algebras",
Springer 2006. ISBN 1846280400.
Testo consigliato: J.E. Humphreys, "Introduction to Lie Algebras and
Representation Theory", v.9 of Graduate Text in Mathematics, Springer, Dover,
New York, 1978 (reprinted 1994). ISBN. 978-0-387-90053-7.

Gli studenti del corso di Laboratorio di Astrofisica acquisiranno una conoscenza
di base sulle principali tecniche di rivelazione di radiazione elettromagnetica
usate in Astronomia delle alte energie e svilupperanno la capacita' di
comprendere e valutare le caratteristiche tecniche (area efficace, campo di
vista, risoluzione angolare, risoluzione energetica, risoluzione temporale) che
determinano il funzionamento e le prestazioni di una strumentazione utilizzata in
astronomia X. Gli studenti metteranno a confronto alcune strumentazioni in uso
su missioni spaziali attualmente operative o in fase di sviluppo. In ultimo verra'
fatta una introduzione alle tecnologie del vuoto utilizzate in laboratorio per lo
sviluppo e calibrazione di strumentazione per astrofisica delle alte energie.
Per l'esperienza di laboratorio gli studenti acquisiranno la capacita' di utilizzare
in laboratorio apparecchiature per la caratterizzazione di componenti ottici
studiati nell'ambito di progetti di Astronomia dallo spazio. L'esperienza sarà
svolta presso il laboratorio XACT dell'INAF-OAPA e includera' la preparazione
dell'apparato sperimentale, l'acquisizione delle misure e l'analisi dei dati.

2 - Astronomia Osservativa: raggi cosmici, radiazione EM, onde gravitazionali.

• Assorbimento Atmosferico della radiazione E.M.
• Principali caratteristiche di un rivelatore di radiazione E.M. (Efficienza quantica, risoluzione spettrale,
  risoluzione temporale, risoluzione spaziale, polarizzazione).
• Principali caratteristiche di un telescopio (Area efficace, risoluzione angolare).
  2 - Richiami sui principali processi di interazione radiazione materia nei raggi X.
• L'assorbimento fotoelettrico.
• Coefficiente di attenuazione di massa di una sostanza monoatomica e di un composto chimico.
• Strutture fini di assorbimento.
  2 - Sorgenti di raggi X in laboratorio.
• La sorgente di raggi X ad impatto di elettroni. Emissione di riga e del continuo.
  2 - Sistemi di monocromatizzazione dei raggi X.
• Diffrazione di Fraunhofer da un reticolo, il LETG di Chandra.
• Diffrazione di Bragg nei cristalli o multistrati.
• Schemi di monocromatori X: Bragg-Bragg channel cut, Laue-Bragg, Bragg-Bragg a uscita fissa.
• La soluzione scelta presso il laboratorio XACT di INAF-OAPA.
  6 - Rivelatori di raggi X.
• Il contatore proporzionale a gas e gas scintillante.
• La piastra a micro canali.
• I rivelatori allo stato solido.
• I microcalorimetri.
  4 - Ottiche per raggi X.
• Principi di funzionamento: Riflessione totale, Diffrazione di Bragg e di Laue, Maschere codificate.
• Geometrie: Kirkpatrick-Baez, Wolter, doppio cono, Spirale, Lobster eye.
• Tecnologie: politura diretta, replica, fogli sottili, micropori di Si, film plastici, ottiche attive.
  2 - Veicoli spaziali: palloni, razzi, satelliti.
• Principali lanciatori.
• Satelliti e caratteristiche delle diverse orbite.
• Misura del tempo, controllo d’assetto, puntamento.
  2 - Cenni ad alcune missioni di Astronomia delle Alte Energie attualmente operative o in fase di progettazione e
  sviluppo. La missione Athena e il contributo italiano allo sviluppo dello strumento. I filtri dei rivelatori WFI e X-
  IFU.
  2 Tecnologie del vuoto. Regime viscoso e molecolare. Velocita' di pompaggio, throughput, conduttanza.
  Contributi principali di gas in regime di alto e ultra alto vuoto. Pompe da vuoto, misuratori di pressione,
  cercafughe, sonda a quattro poli.

48 Partecipazione ad un programma di misure sperimentali presso il laboratorio XACT dell’INAF-OAPA.
1. Introduzione - Il laboratorio XACT e le sue principali componenti;
2. Introduzione - Presentazione del contesto nel quale si inserisce la specifica esperienza di laboratorio e
obiettivo dell'esperienza
3. Analisi dell’apparato sperimentale e definizione della procedura di misura;
4. Preparazione di un piano di lavoro dettagliato;
5. Svolgimento del programma di misure e redazione degli appunti delle misure;
6. Analisi dei dati e interpretazione dei risultati.
7. stesura del rapporto tecnico sull'esperienza effettuata.

La verifica finale consiste nella preparazione di una relazione riguardante
l’attivita' svolta dallo studente in laboratorio e da una prova orale. La relazione di
laboratorio generalmente contiene una descrizione di: obiettivi dell'esperienza,
set-up sperimentale utilizzato, esperimenti svolti e metodologia utilizzata per
l'analisi dei dati, risultati ottenuti. Gli esperimenti e le relative relazioni vengono
svolte in gruppi di due-tre studenti, in modo tale da coniugare la capacita' di
lavorare in autonomia con la capacita' di confrontarsi in gruppo. La preparazione
delle relazioni ha lo scopo di stimolare lo studente a relazionare su una attivita'
scientifica con capacita' di sintesi, chiarezza espositiva, e terminologia
appropriata.
La prova orale consiste in un esame-colloquio in cui il candidato e' chiamato a
presentare e difendere la propria relazione di laboratorio. Durante questa
discussione, prendendo spunto dalla relazione ma non solo, al candidato viene
chiesto di approfondire alcuni argomenti che sono stati trattati durante il corso.
Tale prova consente di valutare, oltre alle conoscenze del candidato e alla sua
capacita' di applicarle, anche il possesso di proprieta' di linguaggio scientifico e
di capacita' di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a)(cid:9)Conoscenza di base dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali oggetto
dell’insegnamento, sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella
difesa delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (18-22);
b)(cid:9)Conoscenza buona dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali oggetto
dell’insegnamento, discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella
difesa delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (23-26);
c)(cid:9)conoscenza approfondita dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali
oggetto dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
difesa delle attivita' svolte in laboratorio e della relazione (27-30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

Basic textbooks:
H. Bradt, 'Astronomy Methods - A Physical Approach to Astronomical
Observations', 2004, Cambridge University Press., ISBN 052136440X
C. R. Kitchin, 'Astrophysical Techniques' – 4th edition, 2003, Institute of Physics
Publishing, Bristol and Philadelphia, ISBN 9780750309462
In-depth textbooks:
Tutorial Guide to X-ray and Gamma-ray Astronomy, C. Bambi (ed.), Springer
Nature Singapore Pte Ltd. 2020
https://doi.org/10.1007/978-981-15-6337-9_3
Handbook of X-ray and Gamma-ray Astrophysics, C. Bambi, A. Santangelo
(eds.), Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2022
https://doi.org/10.1007/978-981-16-4544-0_11-1
A.G. Michette and C.J. Buckley, ‘X-Ray Science and Technology’, 1993,
Institute of Physics Publishing, Bristol, UK, ISBN 10: 075030233X
G.W. Fraser, ‘X-ray Detectors in Astronomy’, 1989, Cambridge University
Press., ISBN 9780521106030
N. Harris, ‘Modern Vacuum Practise’, 1989, McGraw-Hill Book Company.

DEL MODULO
ll modulo si propone di fornire allo studente concetti relativi a tecniche sperimentali avanzate con applicazioni alla biofisica e
alle nanotecnologie. Tali concetti costituiscono la base per lo sviluppo di analisi sperimentali in ambiti correlati. Obbiettivi del
modulo sono il design e lo svolgimento di esperimenti di microscopia a fluorescenza avanzata mediante l’utilizzo di
esperimenti di FLIM (microscopia a fluorescenza risolta in tempo (ns)) che mettano in evidenza correlazione struttura-
proprietà-funzione dei campioni in analisi. Verranno forniti i fondamenti di analisi e di interpretazione dei dati ricavati da
microscopia a fluorescenza avanzata.
DEL MODULO
ll modulo si propone di fornire allo studente concetti relativi a tecniche sperimentali avanzate con applicazioni alla biofisica e
alle nanotecnologie. Tali concetti costituiscono la base per lo sviluppo di analisi sperimentali in ambiti correlati. Obbiettivi del
modulo sono il design e lo svolgimento di esperimenti di microscopia a fluorescenza avanzata mediante l’utilizzo di
esperimenti di FLIM (microscopia a fluorescenza risolta in tempo (ns)) che mettano in evidenza correlazione struttura-
proprietà-funzione dei campioni in analisi. Verranno forniti i fondamenti di analisi e di interpretazione dei dati ricavati da
microscopia a fluorescenza avanzata.

4 Fluorescenza e sonde fluorescenti. Microscopia a fluorescenza e confocale. Sezionamento ottico
e imaging tridimensionale. Analisi spettroscopica in 4D (x,y,z,t).
4 Microscopia a fluorescenza risolta in tempo al nanosecondo (FLIM). Analisi di nano- e bio-
sistemi e delle interazioni molecolari coinvolte. Teoria, sviluppo e ottimizzazione sperimentale ed
analisi dati.

16 Caratterizzazione della relazione struttura-proprietà di bionanosistemi. Esperimento (concordato
con il docente) su temi relativi a biofisica e nanotecnologie: si analizzeranno bionanosistemi e la
loro dinamica/interazione molecolare utilizzando microscopia a fluorescenza confocale e FLIM.
Analisi dati mediante fit standard e approccio fasoriale dei tempi di vita di fluorescenza.
16 Preparazione di campione e metodologie wet lab: soluzioni tampone, soluzioni di proteine e
molecole fluorescenti.
Esperimenti classici per la caratterizzazione della relazione struttura-proprietà-morfologia di
biomolecole.
MODULO
LAB OF BIOPHOTONICS
Prof.ssa VALERIA VETRI
4 Fluorescenza e sonde fluorescenti. Microscopia a fluorescenza e confocale. Sezionamento ottico
e imaging tridimensionale. Analisi spettroscopica in 4D (x,y,z,t).
4 Microscopia a fluorescenza risolta in tempo al nanosecondo (FLIM). Analisi di nano- e bio-
sistemi e delle interazioni molecolari coinvolte. Teoria, sviluppo e ottimizzazione sperimentale ed
analisi dati.

16 Caratterizzazione della relazione struttura-proprietà di bionanosistemi. Esperimento (concordato
con il docente) su temi relativi a biofisica e nanotecnologie: si analizzeranno bionanosistemi e la
loro dinamica/interazione molecolare utilizzando microscopia a fluorescenza confocale e FLIM.
Analisi dati mediante fit standard e approccio fasoriale dei tempi di vita di fluorescenza.
16 Preparazione di campione e metodologie wet lab: soluzioni tampone, soluzioni di proteine e
molecole fluorescenti.
Esperimenti classici per la caratterizzazione della relazione struttura-proprietà-morfologia di
biomolecole.

L'esame finale consiste in un esame-colloquio riguardante argomenti trattati
nell'insegnamento e nella redazione e successiva discussione di una relazione
sull’attività svolta dallo studente in laboratorio. La relazione di laboratorio deve
contenere una breve introduzione teorica all’argomento, una descrizione
dettagliata dei set-up sperimentali utilizzati, una descrizione degli esperimenti
svolti ed infine una discussione sui dati ottenuti e sulla loro interpretazione. La
redazione delle relazioni e' volta alla scrittura di un report che individui ed
esprima in modo chiaro gli elementi fondamentali della attivita' sperimentale
svolta e dei suoi obiettivi. Durante il colloquio e la discussione della relazione di
laboratorio vengono valutate le conoscenze del candidato e la sua capacità di
applicarle. Tale prova consente di valutare anche il possesso di proprieta' di
linguaggio scientifico e di capacità di esposizione chiara e diretta.
La valutazione finale, espressa in trentesimi, sarà formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) conoscenza di base degli argomenti e delle tecniche sperimentali trattati nei
due moduli, sufficiente consapevolezza e autonomia nella discussione e difesa
della relazione sull’attività di laboratorio, livello sufficiente di linguaggio
scientifico e capacità comunicative (18-22);
b) buona conoscenza degli argomenti e delle tecniche sperimentali trattati nei
due moduli, discreta consapevolezza e autonomia nella discussione e difesa
della relazione sull’attività di laboratorio, buon livello di linguaggio scientifico e
capacità comunicative (23-26);
c) conoscenza approfondita degli argomenti e delle tecniche sperimentali trattati
nei due moduli, buona consapevolezza e autonomia nella discussione e difesa
della relazione sull’attività di laboratorio, eccellente livello di linguaggio
scientifico e capacità comunicative (27-30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

TESTO BASE (BASIC TEXTBOOK)
Pawley J.B., “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, Third edition, Plenum Press, 2006. ISBN: 978-0-387-45524-2
TESTO DI APPROFONDIMENTO (SUPPLEMENTARY TEXTBOOK)
Lakowicz J.R. "Principles of Fluorescence Spectroscopy" Springer ISBN 978-0-387-46312-4
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE
TESTO BASE (BASIC TEXTBOOK)
Pawley J.B., “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, Third edition, Plenum Press, 2006. ISBN: 978-0-387-45524-2
TESTO DI APPROFONDIMENTO (SUPPLEMENTARY TEXTBOOK)
Lakowicz J.R. "Principles of Fluorescence Spectroscopy" Springer ISBN 978-0-387-46312-4
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 35
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 40
DIDATTICHE ASSISTITE

Il corso costituisce una introduzione alla chimica fisica dei materiali con
particolare riferimento alla struttura e proprieta' di superfici solide, di film sottili e
di materiali nanostrutturati.
Allo studente vengono proposti i concetti di base che gli possono aprire una
attivita' di ricerca nei settori collegati alla chimica fisica dei materiali con
particolare attenzione a possibili utilizzazioni delle peculiari abilita' nella
preparazione, caratterizzazione e applicazioni di materiali e nano materiali
organici e inorganici.
Sono quindi obiettivi formativi del corso l’acquisizione di conoscenze su:
•(cid:9)Preparazione e caratterizzazione di superfici, film sottili e nanomateriali
•(cid:9)Correlazione struttura-proprieta-funzione nei materiali
•(cid:9)Principi fondamentali che governano le proprieta' dei materiali (ottiche,
elettroniche, chimiche, bio-chimiche ecc..)
•(cid:9)Conoscenze specifiche su alcune importanti classi di materiali organici e
inorganici e loro applicazioni

4 Le quattro forze in natura e le interazioni tra atomi, molecole e ioni;
Forze interatomiche ed intermolecolari e loro origine;
Bulk e Superfici dei materiali;
Definizione di superfici e “spessori” da considerare per lo studio dei materiali;
6 Metodica di studio delle Superfici ed Interfasi;
La spettroscopia di fotoelettroni come tecnica per lo studio della composizione chimica delle superfici;
Altre tecniche radiative per la caratterizzazione delle superfici solide
2 Modifica delle superfici mediante gas o soluzioni;
Ricoprimenti superficiali
4 Superfici ed Interfasi: Alcune applicazioni;
Preparazione di monostrati molecolari autoasemblati e film sottili
4 Relazioni Proprieta' – Struttura nei materiali:
Generalita;
Esempi: struttura nucleare, struttura elettronica elementare, struttura elettronica delle molecole e forma delle
molecole e dei materiali, considerazioni generali sull’importanza della forma molecolare, struttura elettronica e
forze intermolecolari in relazione alle proprieta' e funzioni dei sistemi chimici;
Disegno delle proprieta' e delle funzioni molecolari
3 I nanomateriali organici, inorganici e ibridi: struttura
3 Le microscopie a scansione di sonda;
Altre tecniche di caratterizazione dei nanomateriali
3 Correlazione struttura-proprieta' nei nano materiali;
Proprieta' ottiche, elettroniche, elettriche, chimiche dei nanomateriali
3 Applicazioni specifiche: dispositivi funzionali

8 Esperienze di preparazione di superfici e nanomateriali funzionali
8 Carattererizzazione spettroscopiche di nanomateriali e/o film sottili
8 Realizzazione di dispositivi molecolari funzionali
6 Caratterizzazione di proprieta' opto-elettroniche di dispositivi funzionali

Si effettuerà una prova orale che consiste in un colloquio volto ad accertare il
possesso delle competenze e delle conoscenze disciplinari previste dal corso.
La valutazione viene espressa in trentesimi.
Le domande appositamente pensate per verificare i risultati di apprendimento
previsti tenderanno a valutare: a) le conoscenze acquisite; b) le capacita'
elaborative; c) il possesso di un'adeguata capacita' espositiva.
Per quanto riguarda la valutazione delle conoscenze si terra' conto della
capacita' di correlare teoria, dato sperimentale e significato fisico.
Per quanto riguarda le capacita' elaborative si terra' conto della capacita' di
sintesi, di distinguere gli elementi fondamentali per le applicazioni tecnologiche
e di correlare la struttura con proprieta' dei materiali e performance dei
dispositivi.
Per quanto riguarda le capacita' espositive, si dara' una valutazione sulla
padronanza del linguaggio.
In particolare, la valutazione finale viene graduata prendendo in considerazione
i seguenti punti:
1) Conoscenza di base dei concetti relativi ai principi della chimica fisica dei
materiali con particolare riferimento alle conoscenze di base su materiali,
superfici o interfasi e relative tecniche di preparazione e caratterizzazione, le
correlazioni struttura proprieta' nei materiali e il funzionamento di dispositivi
funzionali (voto 18-21);
2) Buona conoscenza dei concetti svolti a lezione e discrete capacita'
elaborative relativamente ai casi proposti durante la prova d’esame (voto 22-25);
3) Conoscenza approfondita dei concetti svolti a lezione; capacita' elaborative
con alto grado di autonomia per i casi proposti durante la prova d’esame; buone
capacita' espositive (voto 26-28);
4) Conoscenza approfondita della teoria e dei concetti svolti a lezione; ottime
capacita' elaborative per affrontare prontamente e correttamente i casi proposti;
ottime capacita' espositive (voto 29-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

• L. Smart, E. Moore, Solid state chemistry, Stanley Tornes Ltd. 1995
• S.Elliott: The physics and chemistry of solids (J. Wiley) 1998
• J.I. Gersten, F.W. Smith: The physics and chemistry of materials 2001
• C. Kittel: Introduction to solid state physics 2004
• Adamson: Physical Chemistry of Surfaces 1997
• Materiale didattico fornito dal docente ("Didactic material provided by the
  teacher")

Il corso si propone di fornire allo studente una panoramica e strumenti di
applicazione sui principali argomenti di Cloud e High Performance Computing
adeguati alla Laurea Magistrale in Data, Algorithms, And Machine Intelligence.

2 Introduzione: concetto di cloud e high performance computing, struttura del corso, esami, esempi sul campo
3 Cloud computing: fondazioni; Il concetto, Caratteristiche e origini, Classificazione e requisiti
2 Cloud computing: Cloud Infrastructure Management; Caratteristiche dei VIM, Hypervisors, Rassegna di VIM
3 Cloud computing: Infrastructure as a Service providers, Platform as a Service providers, cloud containers,
Problematiche e sfide del Cloud computing
2 High Performance Computing: panoramica, concetti e terminologia
3 High Performance Computing: architetture e modelli di calcolo parallelo
2 High Performance Computing: design di programmi paralleli
3 High Performance Computing: esempi paralleli
2 Message Passing Interface: generalita`, struttura e impostazione, routine di gestione
3 Message Passing Interface: routine di comunicazione
2 Message Passing Interface: esempio con equazioni differenziali 2D
3 Message Passing Interface: esempi di compilazione ed esecuzione programmi C paralleli con MPI
3 Message Passing Interface: programma C sequenziale equazione time-dependent
3 Message Passing Interface: parallelizzazione programma C equazione time-dependent
3 Message Passing Interface: implementazione comunicazioni tra processori con MPI
3 Message Passing Interface: test di programma parallelo
3 Message Passing Interface: output programma parallelo
3 Message Passing Interface: analisi dei risultati ed efficienza parallela

La valutazione e` basata sull'esito della prova finale, in cui lo studente viene
sottoposto a un test con quesiti a risposta aperta su tutti gli argomenti del corso,
e poi illustra i risultati delle applicazioni di parallel computing con una
presentazione multimediale. Si accerta la conoscenza e padronanza degli
argomenti del corso, e proprieta` di linguaggio e capacita` di espressione.
Valutazioni:
30-30 e Lode: Ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprieta' di
linguaggio, buona capacita' analitica, lo studente e' in grado di applicare le
conoscenze per risolvere i problemi proposti
26-29: Buona padronanza degli argomenti, piena proprieta' di linguaggio, lo
studente e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti
24-25: Conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprieta' di
linguaggio, con limitata capacita' di applicare autonomamente le conoscenze
alla soluzione dei problemi proposti
21-23: Non ha piena padronanza degli argomenti principali ma ne possiede le
conoscenze, soddisfacente proprieta' linguaggio, scarsa capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite
18-20: Minima conoscenza di base degli argomenti principali e del linguaggio
tecnico, scarsissima o nulla capacita` di applicare autonomamente le
conoscenze acquisite
Insufficiente: Non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli
argomenti trattati nell'insegnamento
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Testi di riferimento/Reference textbooks
[Cloud computing] - Rajkumar Buyya, James Broberg, Andrzej Goscinski, Cloud
Computing: Principles and Paradigms, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New
Jersey, 2017, ISBN 978-0-470-88799-8
[Parallel computing] - Blaise Barney, Introduction to Parallel Computing, https://
computing.llnl.gov/tutorials/parallelcomp/, 2022
Testi di approfondimento/Supplementary textbooks
[MPI programming] - Blaise Barney, Message Passing Interface (MPI), https://
computing.llnl.gov/tutorials/mpi/, 2022

Il corso si propone di presentare agli studenti i principali modelli di reti
complesse. In particolare si discuteranno: Il modello di Erdos-Renyi, il modello
"small world", il modello "core periphery", il modello "scale free network" e la
classe di modelli denominata "exponential random graphs". Si discuteranno
brevemente i concetti di "configuration model", di resilienza di una rete ad
attacchi o malfunzionamenti, e di diffusione sulla rete. Saranno infine discussi i
principali metodi di partizionamento dei networks in comunità.
Un primo obiettivo formativo e' quello di familiarizzare gli studenti con modelli di
reti complesse e realizzare sotto quali condizioni i citati modelli approssimano
reti reali. Un ulteriore obiettivo del corso e' quello di fornire le conoscenze di
base per la generazione ed analisi di network complessi ed il loro
partizionamento in comunita'.

2 LT01 - Introduzione: esempi di reti complesse. Internet e il World Wide Web. La scienza delle reti complesse
come approccio multidisciplinare. I concetti di feedback, organizzazione gerarchica ed emergenza.
2 LT02 - Reti complesse. Metriche di base di una rete. Grado, "betweenness", coefficiente di clustering, diametro
di una rete.
2 LA01 - I dati con cui lavoreremo. Liste di adiacenza e matrici di adiacenza. Calcolo delle metriche di rete I:
grado e forza. Fit delle code della distribuzione dei gradi.
2 LA02 - Visualizzazione e misurazione degli indicatori di rete. introduzione ad alcuni strumenti informatici per
visualizzare reti e misurare diverse metriche che caratterizzano reti complesse. Calcolo delle metriche di rete
II: componenti connesse.
2 LT03 - Il network di Erdos-Renyi (ER) e le sue proprieta'.
2 LT04 - Reti "scale free". Crescita della rete in presenza di "preferential attachment".
2 LT05 - Il modello "Core-periphery". Il metodo della massima entropia nella costruzione delle reti. L'approccio di
minima densità'.
2 LT06 - Il modello di "small world". L'esperimento Milgram e la sua versione contemporanea. "Sei gradi di
separazione". Distanza sulla rete e coefficiente di clustering in una rete "small world".
2 LA03 - Generazione secondo il modello Erdos-Renyi e Barabasi-Albert.
2 LA04 - Generazione secondo il modello core-periphery e small-world.
2 LT07 - Grafi casuali generalizzati: configuration model, grafi casuali con distribuzione di probabilità di grado
arbitrario, Criterio di Molloy e Reed. LA05 - Implementazione del Configuration Model.
2 LT08 - La classe di modelli denominata "Grafici casuali esponenziali". Il modello "due stelle". Il modello Stauss.
Un modello di formazione della rete dipendente dal tempo. Isteresi nella dinamica delle reti.
2 LT21 - Il Laplaciano nelle reti complesse
2 LT22 - Il gruppo di rinormalizzazione nelle Reti Complesse
2 LT23 - Il Principio di Massima Entropia nelle Reti Complesse
2 LT09 - Percolazione su reticoli, Sistemi disordinati. Transizione di fase nella percolazione. L'albero di Cayley.
2 LT10 - Percolazione su rete. Transizione di percolazione in grafi casuali. Resilienza nelle reti complesse.
2 LA06 - implementazione della Percolazione in Reticoli e Reti.
2 LT11 - Modelli di diffusione di epidemie. I modelli SI (susceptible infected) e SIR (susceptible infected
recovered) fully mixed.
2 LT12 - Modelli di diffusione di epidemie su reti.
2 LA07 - Implementazione di SIR su network e immunizzazione.
2 LT13 - Analisi multivariata, reti basate sulla correlazione, algoritmi di clustering, Single Linkage. Minimum
Spanning Tree.
2 LT14 - Introduzione agli algoritmi di Community Detection: concetti generali. Algoritmi classici: single linkage
ed algoritmo di Girvan-Newman. Definizione di modularità. Modello nullo di Girvan- Newman.
2 LT18 - Il concetto di "Motifs" nelle reti complesse. I motifs nei social network. Rilevazione di motifs
confrontando i risultati con un'ipotesi nulla. motifs in un grafico diretto. Esempi di base di motifs. Algoritmi per
trovare motifs. LT19 - Reti validate statisticamente.

La verifica finale consiste in una prova orale organizzata in due parti. In una
prima parte il candidato svolgerà una presentazione su un argomento
concordato con il docente. Questa parte potrà prevedere sia la scrittura di un
breve codice per la descrizione quantitativa di una rete complessa che la
trattazione di un problema di natura più teorica. La seconda parte prevederà
una discussione orale riguardante problemi che riguardano i principali concetti
delle Reti Complesse.
La prova permettera' di verificare il grado di conoscenza dei concetti di reti
complesse oggetto dell’insegnamento. In particolare, si evidenzia la capacita' di
analisi nonche' la capacita' di ottenere risultati quantitativi.
Nella prova si discuteranno pure gli argomenti svolti durante il corso e la
risoluzione di problemi proposti al candidato. Tale prova consente di valutare,
oltre alle conoscenze del candidato e alla sua capacita' di applicarle, anche il
possesso di proprieta' di linguaggio scientifico e di capacita' di esposizione
chiara e diretta.
La valutazione finale opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza solo di base dei modelli e delle applicazioni di reti complesse
studiate e capacita' limitata di applicarle autonomamente, sufficiente capacita' di
analisi dei fenomeni presentati e di esposizione delle procedure seguite (voto
18-21);
b) Conoscenza buona dei modelli e delle applicazioni di reti complesse studiate
e capacita' di applicarle autonomamente a situazioni analoghe a quelle studiate,
discreta capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di esposizione delle
procedure seguite (voto 22-25);
c) Conoscenza approfondita dei modelli e delle applicazioni di reti complesse
studiate e capacita' di applicarle ad ogni fenomeno fisico proposto, pur con
qualche tentennamento, buona capacita' di analisi dei fenomeni presentati e di
esposizione delle procedure seguite (voto 26-28);
d) Conoscenza approfondita e diffusa dei modelli e delle applicazioni di reti
complesse studiate e capacita' di applicarle prontamente e correttamente ad
ogni fenomeno fisico proposto, ottima capacita' di analisi dei fenomeni
presentati e ottime capacita' comunicative (voto 29-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Materiale fornito dal docente./Material provided by the lecturer.
Testi di Consultazione/Reference books:

• Newman, M., 2010. Networks: an introduction. Oxford University Press. ISBN:
  9780198805090.
• Barabasi, A.L. and Posfai, M., 2016. Network science. Cambridge University
  Press. ISBN: 978-0199206650.
• Latora, V., Nicosia, V. and Russo, G., 2017. Complex networks: principles,
  methods and applications. Cambridge University Press. ISBN: 978-1107103184

Fornire conoscenze di base sull'evoluzione della didattica della fisica, sulle idee
fondanti, su temi di ricerca e su riferimenti culturali tipici della didattica della
fisica.
Introdurre lo studente alle tematiche della didattica disciplinare e della
pedagogia generale.
Favorire la ricostruzione didattica dei contenuti della fisica e degli elementi del
metodo sperimentale nell'ottica dell’insegnamento nella Scuola Secondaria.
Discutere nodi concettuali, epistemologici, linguistici e didattici che influenzano
l'insegnamento e l'apprendimento della fisica e tenerne conto nella
progettazioni di attivita' didattiche.
Fornire allo studente una pratica di base nella progettazione didattica di
esperienze di laboratorio sulla base di risultati della ricerca in didattica della
fisica.
Costruire modelli matematici descrittivi e esplicativi anche tramite l'uso di
specifici software didattici.
Utilizzare strumenti informatici per la raccolta e analisi di dati sperimentali.
Progettare attivita' didattiche sulla base di risultati significativi della ricerca in
didattica della fisica.
Comunicare opportunamente i risultati della fisica e della sua didattica.
Conoscere e usare alcuni dei piu' comuni metodi per l'analisi di dati sociometrici
per la didattica.

1 Descrizione degli obiettivi del corso e questionario di ingresso
4 La didattica delle discipline scientifiche. Costruttivismo. Insegnamento/Apprendimento: riferimenti per un
docente di discipline scientifiche. nodi concettuali, epistemologici, linguistici e didattici nell'insegnamento e
apprendimento della Fisica
4 Conoscenza comune e conoscenza scientifica. Modelli spontanei e stili di apprendimento. Mentalità di crescita.
Schemi di conoscenza. Il problema del cambiamento concettuale nella Fisica e nella sua didattica. Il ruolo della
Storia della Fisica nell'insegnamento
3 Apprendimento attivo e uso del laboratorio sperimentale. Il ruolo del laboratorio nell’insegnamento delle
discipline scientifiche e la costruzione di una esperienza didattica. Esempi operativi di impostazione, metodo e
aspetti applicativi.
2 Metodologie didattiche basate sulla scoperta e l'indagine scientifica (Inquiry Based Science Education).
Confronto e analogie con gli approcci costruttivisti alla conoscenza. Analisi di risultati della ricerca in didattica
della Fisica
1 Gli strumenti comunicativi nell’insegnamento della Fisica
3 L’uso degli strumenti informatici per l’acquisizione di dati sperimentali e la loro elaborazione. Applicazioni alla
didattica nelle Scuole
3 L’uso degli strumenti informatici per la costruzione di ambienti di simulazione in Fisica. Sistemi di
modellizzazione “aperti” e “chiusi”. Applicazioni alla didattica nelle Scuole
6 Richiami di Teoria degli Errori per l'analisi dei dati sperimentali.
Metodi di raccolta e analisi di dati per la sociometria e loro utilizzo nella ricerca e nella didattica
2 Le competenze, le abilita' e gli obiettivi in un percorso didattico. Esempi di unita' di apprendimento e di moduli
didattici di Fisica classica e moderna basati su laboratorio reale e laboratorio “virtuale”
3 Metodi di valutazione della didattica e dell'apprendimento. Analisi di test scritti e di prove orali

8 Applicazione delle metodologie e tecnologie didattiche discusse durante le lezioni frontali alla preparazione di
percorsi didattici e di esperienze didattiche di Fisica relativamente agli argomenti previsti dalle indicazioni
nazionali per le Scuole Secondarie
8 Uso di hardware e software di raccolta e analisi dati per la predisposizione di esperienze di laboratorio di Fisica
da inserire in percorsi di apprendimento di Fisica
8 Uso di software di modellizzazione fisica per la predisposizione di percorsi di apprendimento di Fisica
8 Attivita' individuale in laboratorio finalizzata alla progettazione di un percorso didattico da discutere all'esame
finale

La valutazione finale dell'apprendimento e' effettuata tramite la presentazione di
una relazione scritta sulle attivita' svolte in laboratorio e una prova orale, con
valutazione finale in trentesimi. La prova scritta ha un peso del 40% sulla
valutazione finale. Quella orale del 60%.
La prova orale consiste in un colloquio, volto ad accertare il possesso delle
competenze e delle conoscenze disciplinari previste dal corso e a discutere il
lavoro presentato nella relazione scritta. Le domande sono pensate per testare i
risultati di apprendimento previsti, tendono a verificare a) le conoscenze
acquisiste; b) le capacita' elaborative, c) il possesso di un’adeguata capacita'
espositiva.
Per quanto attiene alla verifica delle conoscenze, viene verificata l'adeguata
acquisizione dei contenuti oggetto del corso e la capacita' di stabilire
connessioni tra essi. Per quanto attiene alla verifica di capacita' elaborative,
viene verificata la capacita' dello studente di:

• fornire autonomi giudizi in merito ai contenuti disciplinari;
• comprendere le applicazioni e/o le implicazioni degli stessi nell'ambito della
  trasposizione didattica della Fisica in contesti diversi e del contesto socio-
  culturale di riferimento.
  La valutazione finale sara' formulata sulla base delle seguenti condizioni:
  Voto 30 - 30 e lode: ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprieta' di
  linguaggio, ottima capacita' argomentativa. Lo studente e' perfettamente in
  grado di inquadrare lo sviluppo delle tematiche della didattica della fisica nel
  corretto contesto socio-culturale di riferimento e di relazionare sulla
  trasposizione didattica di contenuti della fisica.
  voto 26-29:
  buona conoscenza degli argomenti, buona proprieta' di linguaggio, buona
  capacita' argomentativa. Lo studente e' ben in grado di inquadrare lo sviluppo
  delle tematiche della didattica della fisica nel corretto contesto socio-culturale di
  riferimento e di relazionare sulla trasposizione didattica di contenuti della fisica.
  Voto 23-25: discreta conoscenza degli argomenti, buona proprieta' di linguaggio,
  discreta capacita' argomentativa. Lo studente e' in grado di inquadrare lo
  sviluppo delle tematiche della didattica della fisica nel corretto contesto
  socioculturale di riferimento e di relazionare sulla trasposizione didattica di
  contenuti della fisica.
  Voto 21-22: piu' che sufficiente conoscenza degli argomenti, accettabile
  proprieta' di linguaggio, accettabile capacita' argomentativa. Lo studente non e'
  del tutto in grado di inquadrare lo sviluppo delle tematiche della didattica della
  fisica nel corretto contesto socio-culturale di riferimento e di relazionare sulla
  trasposizione didattica di contenuti della fisica.
  Voto 18-20: minima conoscenza degli argomenti, accettabile proprieta' di
  linguaggio, capacita' argomentativa non sviluppata , ma almeno minimamente
  presente. Lo studente e' appena in grado di inquadrare lo sviluppo delle
  tematiche della didattica della fisica nel corretto contesto socio-culturale di
  riferimento e di relazionare sulla trasposizione didattica di contenuti della fisica.
  Votazione insufficiente: lo studente non possiede una conoscenza accettabile
  dei contenuti degli argomenti trattati nell'insegnamento e non e' in grado di
  argomentare le proprie affermazioni e di inquadrare lo sviluppo delle tematiche
  della didattica fisica nel corretto contesto socio-culturale di riferimento e di
  relazionare sulla trasposizione didattica di contenuti della fisica.
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente.

Testi di base:
U. Besson: Didattica della Fisica - Carocci Editore - Studi Superiori, Roma -
ISBN: 9788843077359
U. Besson e M. Malgieri: Insegnare la Fisica Moderna - Carocci Editore - Studi
Superiori, Roma - ISBN: 9788843090235
Testi per l'approfondimento:
A. Arons: Guida all’Insegnamento della Fisica - Zanichelli - ISBN: 978880811378
Dispense tratte da :
Matilde Vicentini e Michela Mayer (Eds.): Didattica della Fisica - La Nuova Italia

• ISBN: 8822116577
  Pubblicazioni scientifiche di ricerca in Didattica della Fisica
  Manuali e documentazione software utilizzati

L'obiettivo principale di questo corso è raggiungere una moderna comprensione
della teoria quantistica dei campi, in particolare dei principi alla base delle
simmetrie di gauge.
Imparare ad usare gli integrali funzionali per la teoria delle perturbazioni nella
teoria quantistica dei campi.
Comprendere le nozioni di base di fase topologica della materia condensata.
Comprendere come la quantizzazione di una teoria di gauge non abeliana
differisca da quella di una teoria abeliana.
Comprendere il concetto di simmetria di gauge, la rottura spontanea della
simmetria e il meccanismo di Higgs.
Comprendere la necessità di una formulazione non perturbativa della teoria dei
campi e come ciò possa essere ottenuto attraverso la formulazione della teoria
su reticolo.

3 Integrali di cammino e meccanica quantistica. Teoria del campo scalare. Funzionale generatore. Azione
efficace
3 Integrali di cammino per fermioni. Variabili di Grassmann.
3 Integrali di cammino per campi di gauge. Determinante di Faddeev-Popov. Campi ghost.
2 Identità Ward. Invarianza BRST.
3 Rottura spontanea di simmetria. Teorema di Goldstone.
3 Modello di Higgs abeliano. Eccitazioni topologiche.
3 Modello di Higgs non abeliano. Eccitazioni topologiche.
3 Teoria Chern-Simons abeliana
3 Teoria Chern-Simons non abeliana
3 Modello Su-Schrieffer-Heeger.
3 Fase di Berry. Numero di Chern.
2 Teoria di gauge su reticolo : il campo scalare libero
2 Teoria di gauge su reticolo: Fermioni. The doubling problem. Fermioni di Wilson.
2 Teorie di gauge su reticolo: campi di gauge abeliani.
2 Teorie di gauge su reticolo: campi di gauge non abeliani.

3 Integrale di cammino: oscillatore armonico, doppia buca.
3 Reticolo 2D con campo magnetico. Modello Harper-Hofstadter.
3 Modello esagonale di Kitaev e Toric code
3 Teorie di gauge su reticolo: superconduttività ferromagnetica

La verifica consiste in una prova orale in cui lo studente espone, nel tempo di
circa 30 minuti, un argomento del corso assegnato precedentemente. La prova
ha lo scopo di di valutare la proprietà di linguaggio dello studente, verificare il
grado di conoscenza e di approfondimento dell'argomento assegnato e più in
generale le sue relazioni con altri concetti sviluppati nel corso.
La valutazione complessiva sarà formulata sulla base dei seguenti criteri:

• insufficiente: il candidato non possiede una conoscenza minima dell'argomento
  assegnato;
• sufficiente (18-21): il candidato possiede una conoscenza di base
  dell'argomento assegnato ma una insufficiente capacita' di utilizzare in modo
  autonomo le conoscenze acquisite;
• soddisfacente (22-25): il candidato non ha piena padronanza dell' argomento
  assegnato ma possiede una sufficiente capacita' di utilizzare autonomamente le
  conoscenze acquisite;
• buona (26-28): il candidato ha una buona padronanza dell' argomento
  assegnato possiede una discreta proprietà di linguaggio e dimostra una
  sufficiente capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite;
• ottima (29- 30 e lode): il candidato dimostra ottima conoscenza e padronanza
  dell'argomento assegnato, ottima proprietà di linguaggio ed è in grado di
  contestualizzare le conoscenze acquisite all'interno della teoria dei campi.
  “Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente"

Ashok Das, Field Theory: A Path Integral Approach, World Scientific (2019),
ISBN: 9789811202544
H. J. Rothe, Lattice Gauge Theories: An Introduction, World Scientific (2012),
ISBN: 9789814365857
Pachos, J.K. Introduction to Topological Quantum Computation. Cambridge
University Press. (2012), ISBN: 9780511792908
Other suggested textbook:
D. Bailin, A. Love, Introduction to gauge field theory, Taylor & Francis Group,
ISBN: 075030281X
J. K. Asbóth , L. Oroszlány , A. Pályi, A Short Course on Topological Insulators,
Springer (2016), ISBN: 978-3-319-25605-4
E. Bick, F. D. Steffen, Topology and Geometry in Physics, Springer (2005),
ISBN: 978-3-642-06209-4

DEL MODULO
All'interno del percorso complessivo del corso, l'obiettivo specifico di questo modulo è quello di fornire conoscenza e
competenza su tecniche di spettroscopia risolta in tempo sulla scala del nanosecondo, picosecondo e femtosecondo. Si
intende in particolare formare gli studenti sia sui principi fisici alla base di tali tecniche, e sui riferimenti teorici necessari per
l’interpretazione dei dati ottenuti.
DEL MODULO
Possedere una buona conoscenza di alcune tra le principali tecniche spettroscopiche usate nell’indagine di
materiali e nanomateriali, dei principi fisici alla base di tali tecniche, e dei riferimenti teorici necessari per
l’interpretazione dei dati ottenuti. Oltre a questi obiettivi specifici il corso si propone di contribuire al
raggiungimento degli obiettivi formativi più generali previsti nel regolamento didattico del corso di laurea
magistrale in Fisica.

2 Laser continui, pulsati, e mode‐locked. Cenni di ottica non lineare. Propagazione nella materia di
impulsi di luce ultrarapidi.
2 Decadimento radiativo e non radiativo di un sistema fotoeccitato. Cinetiche di fotoluminescenza.
Tecniche sperimentali per l’analisi del depopolamento da stato eccitato.
4 Spettroscopia ultrarapida: panorama generale e principali tecniche. Misure di assorbimento
transiente con tecnica pump/probe. Tecniche per la misura di fluorescenza risolta in tempo sulla
scala dei picosecondi e femtosecondi.

16 Ricostruzione della cinetica di decadimento di un segnale di fluorescenza sulla scala dei
nanosecondi. Identificazione di diversi contributi emissivi dalle loro diverse proprietà di
decadimento temporale. Misura sperimentale del tempo di vita e di sue variazioni indotte da
influenze esterne. Riduzione, analisi ed interpretazione dei dati ottenuti.
16 Studio del segnale di assorbimento transiente tramite tecnica pump/probe risolta alla scala
temporale del femtosecondo. Osservazione di dinamiche ultrarapide caratteristiche di sistemi
fotoeccitati. Riduzione, analisi ed interpretazione dei dati ottenuti.
MODULO
LAB OF RAMAN SPECTROSCOPY AND PARAMAGNETIC RESONANCE
Prof. SIMONPIETRO AGNELLO
2 RISONANZA PARAMAGNETICA ELETTRONICA:
Descrizione del moto classico del momento magnetico in condizioni di risonanza. Introduzione e
soluzione delle Equazioni di Bloch. Curve di Dispersione e di Assorbimento in risonanza. Fattori
di allargamento omogeneo ed inomogeneo. Rate equations per un sistema a due livelli.
2 Interazione Zeeman anisotropica ed interazione iperfine. Effetti della simmetria del centro
paramagnetico sulle proprieta' del fattore di
splitting spettroscopico g. Forme di riga EPR per i sistemi solidi (polveri ed amorfi). Descrizione
del principio di funzionamento dello spettrometro di risonanza magnetica elettronica e delle sue
componenti.
4 SPETTROSCOPIA RAMAN: Scattering elastico ed anelastico. Vibrazioni molecolari e
polarizzabilita’. Trattazione classica e semiclassica dell’effetto Raman. Microscopia Raman.
Descrizione e principio di funzionamento di uno spettrometro Raman

12 Acquisizione e studio di spettri di risonanza magnetica elettronica (EPR) di materiali di interesse
per la fisica della materia tramite l’uso di uno
spettrometro EPR. Osservazione delle forme di riga. Riduzione, analisi ed interpretazione dei dati
ottenuti.
12 Acquisizione di spettri Raman attraverso uno spettrometro a dispersione di campioni di interesse
per la fisica della materia. Individuazione delle caratteristiche vibrazionali e risoluzione spaziale.
Riduzione, analisi ed interpretazione dei dati ottenuti.

La verifica finale consiste nella preparazione di relazioni riguardanti gli
esperimenti svolti dallo studente in laboratorio ed in una prova orale. La
relazione di laboratorio tipicamente contiene una descrizione dei setup
sperimentali utilizzati, una descrizione degli esperimenti svolti, l’analisi dei dati
raccolti ed infine una discussione sui dati ottenuti e sulla loro interpretazione. Gli
esperimenti e le relative relazioni vengono svolte tipicamente in gruppi di tre
studenti, in modo da esercitare la discussione critica dei risultati ottenuti.
La prova orale consiste in un colloquio in cui il candidato è chiamato a
presentare e discutere la propria relazione di laboratorio, dimostrare la
conoscenza dei contenuti teorici trattati durante il corso, mettendoli anche in
relazione all’attività sperimentale svolta. Tale prova consente di valutare, oltre
alle conoscenze del candidato e alla sua capacità di applicarle, anche il
possesso di proprietà di linguaggio scientifico e di capacità di esposizione chiara
e diretta.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sarà formulata come segue:
a) Conoscenza di base dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali
oggetto dell’insegnamento, sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia
nella illustrazione delle attività svolte in laboratorio e della relazione (18‐22);
b) Conoscenza buona dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali oggetto
dell’insegnamento, discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella
illustrazione delle attività svolte in laboratorio e della relazione (23‐26);
c) Conoscenza approfondita dei fondamenti teorici delle tecniche sperimentali
oggetto dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
illustrazione delle attività svolte in laboratorio e della relazione (27‐30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente

Testi base: Agnello S., Ed., Spectroscopy for Materials Characterization, JohnWiley&Sons, Inc. (2021). ISBN:
978-1-119-69805-0
Testi di approfondimento: “Femtosecond laser pulses: Principles and Experiments”, C. Rullière, Springer, 2005. ISBN:
978-0-387-26674-9
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 35
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 40
DIDATTICHE ASSISTITE
Testi base:
Agnello S., Ed., Spectroscopy for Materials Characterization, JohnWiley&Sons, Inc. (2021). ISBN:9781119697329
Testi di Approfondimento
‐ John R. Ferraro, Kazuo Nakamoto and Chris W. Brown, Introductory Raman Spectroscopy, Elsevier (2003). ISBN
0-12-254105-7
‐ J. A. Weil, J. R. Bolton and J. E. Wertz, Electron Paramagnetic Resonance, Wiley (1994). ISBN 978-0471-75496-1
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 35
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 40
DIDATTICHE ASSISTITE

Gli obiettivi formativi del corso sono la comprensione e la conoscenza dei
seguenti argomenti:
1) Ricavare equazioni differenziali alle derivate parziali, a partire da leggi di
bilancio descriventi processi fisici ideali, quali: l'equazione del calore,
l'equazione del trasporto, i modelli di traffico, l'equazione di Burgers, le
equazioni di reazione-diffusione, l'equazione di Fischer.
2) Dare alcuni cenni sulla teoria classica delle equazioni differenziali alle
derivate parziali per dimostrare l'esistenza e la regolarita' delle loro soluzioni.
3) Implementazioni di metodi alle differenze finite e spettrali per la loro
risoluzione numerica.

10 Derivazione di equazioni differenziali alle derivate parziali di tipo parabolico, iperbolico e di reazione-diffusione,
a partire da leggi di bilancio descriventi processi fisici ideali. Metodi analitici per lo studio dell'esistenza e della
regolarita' delle loro soluzioni.
10 Metodi numerici alle differenze finite per la risoluzione di equazioni differenziali alle derivate parziali di tipo
parabolico, iperbolico ed equazioni di reazione-diffusione.
10 Serie di Fourier e trasformata di Fourier discreta. Metodi spettrali e pseudo-spettrali di Fourier e di Chebyshev
per la risoluzione numerica di equazioni alle derivate parziali di tipo parabolico, iperbolico ed equazioni di
reazione-diffusione.
9 Uso del software MATLAB per l'implementazione di algoritmi alle differenze finite per la simulazione di
problemi evolutivi di tipo iperbolico, parabolico e di tipo reazione diffusione.
9 Uso del software MATLAB per l'implementazione di algoritmi con metodi spettrali per la simulazione di
problemi evolutivi di tipo iperbolico, parabolico e di tipo reazione diffusione.

La verifica delle capacita' man mano acquisite viene fatta mediante un'attiva
partecipazione dello studente alla risoluzione di problemi e questioni durante le
ore di lezione e anche attraverso l'elaborazione di progetti realizzati sia
individualmente che in gruppo. La verifica finale mira a valutare se lo studente
ha conoscenza e comprensione degli argomenti, se ha acquisito la capacita' di
applicare tale conoscenza, se ha sviluppato competenza interpretativa e
autonomia di giudizio di casi concreti, e valuta infine le abilita' comunicative e la
proprieta' di linguaggio relativamente agli argomenti trattati. La verifica finale
consistera' di una tesina nella quale gli studenti dovranno studiare e riprodurre i
risultati di un articolo scientifico di argomento attinente alle tematiche trattate nel
corso e di una prova orale. La valutazione della tesina sara' espressa in
trentesimi. Durante la prova orale lo studente dovra' rispondere correttamente
ad un minimo di due/tre domande, poste oralmente, su tutte le parti oggetto del
programma e dovra' discutere in maniera critica lo svolgimento della tesina. La
valutazione della prova orale sara' espressa in trentesimi. La valutazione finale
verra' espressa in trentesimi e verra' calcolata come media aritmetica dei voti
della tesina e della prova orale. Il voto verra' formulato sulla base delle seguenti
condizioni:
a) non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli argomenti
trattati nell'insegnamento (insufficiente);
b) minima conoscenza di base degli argomenti principali dell'insegnamento e
del linguaggio tecnico, minima capacita' di applicare autonomamente le
conoscenze acquisite (18-20);
c) non ha piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento ma ne
possiede le conoscenze, soddisfacente proprieta' di linguaggio, accettabile
capacita' di applicare autonomamente le conoscenze acquisite (21-23);
d) conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprieta' di linguaggio,
con limitata capacita' di applicare autonomamente le conoscenze alla soluzione
dei problemi proposti (24-25);
e) buona padronanza degli argomenti, piena proprieta' di linguaggio, lo studente
e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti (26-29);
f) ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprieta' di linguaggio, buona
capacita' analitica, lo studente e' in grado di applicare le conoscenze per
risolvere i problemi proposti (30-30 e lode).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Libri di testo (Textbooks):
Holmes, Introduction to the Foundations of Applied Mathematics, Springer (II
ed.ISBN-10 : 3030242609);
Quarteroni, Modellistica Numerica per Problemi Differenziali, Springer (VI
ed.ISBN-10 : 8847057809)
Libri di consultazione (Reference books):
Haberman, Mathematical Models: Mechanical Vibrations, Population Dynamics,
and Traffic Flow (Classics in Applied Mathematics) , SIAM, (I ed. ISBN-10 :
0898714087)
Salsa, Equazioni a derivate parziali, Springer (III ed. ISBN-10 :8847057833)
Evans, Partial differential equations, AMS Pub. (II ed. ISBN-10 :0821849743)
Hestaven, S. Gottlieb, D. Gottlieb, Spectral Methods for Time Dependent
Problems, Cambridge Monographs on Applied and Computational Mathematics
2007 ISBN-10 : 0521792118
Morton & Meyers, Numerical solution of Partial differential equations Cambridge
University Press, 1994 ISBN-10 : 0521429226
Tveito & Whinther, Introduction to Partial differential equations: A computational
approach, Springer (II ed. ISBN-10 : 3540887040)
Trefethen, Spectral Methods in Matlab, Cambridge University Press 2001
ISBN-10 : 0898714656

1 - Acquisire la conoscenza dei concetti e delle tecniche fondamentali della
fisica dei sistemi complessi, dei modelli archetipi, dei fenomeni collettivi e
cooperativi, delle transizioni di fase e delle loro dinamiche, dei fenomeni critici e
dei sistemi classici dissipativi lontani dall’equilibrio, acquisendo i metodi teorici
necessari al loro studio. Acquisire le competenze della fisica statistica utili alla
descrizione dei sistemi complessi attraverso la costruzione di modelli adeguati.
2 - Acquisire la capacita' di applicare i concetti e le tecniche teoriche della fisica
statistica fuori dall'equilibrio alla descrizione della dinamica dei sistemi
complessi in contesto sia fisico sia interdisciplinare.
3 - Acquisire le competenze che permettano, attraverso l'uso di metodi
matematici e numerici, di costruire modelli per sistemi complessi in contesto sia
fisico sia interdisciplinare.

3 Introduzione alla fisica dei sistemi complessi e alla meccanica statistica di non equilibrio. Dinamica delle
transizioni di fase e dei sistemi lontani dall’equilibrio: introduzione e modelli archetipi. Transizione para-
ferromagnetica, ergodicita'.
3 Fenomeno della rottura spontanea di simmetria. Teoria quasi deterministica per il decadimento da uno stato
instabile.
5 Fenomeni critici in fisica statistica fuori dall’equilibrio. Fenomeni critici dinamici. Teorie di campo medio: teoria
di Landau del punto tricritico, modello a range infinito, metodo variazionale, approssimazione di Bethe-Peierls.
4 Il modello gaussiano per la teoria di campo medio dei fenomeni critici dinamici. Equazione differenziale
dipendente dal tempo di Ginzburg-Landau per i fenomeni dinamici macroscopici.
4 Teoria di Einstein del moto browniano e derivazione dell’equazione di diffusione. Il rumore nei sistemi fisici
lineari e non lineari. Funzioni di autocorrelazione. Funzioni generatrici dei momenti e dei cumulanti. Processi di
Markov e processi non markoviani.
4 Equazione integrale e differenziale di Chapman-Kolmogorov. Master equation. Equazione di Fokker-Planck
diretta e inversa. Equazione di Fokker-Planck: riscrittura in termini di equazione di continuita'. Equazione di
Fokker-Planck per varie condizioni al contorno.
5 Equazione di Fokker-Planck. Esempi di processi Markoviani: processo di Wiener, 'random walk', processo di
Poisson, processo 'random telegraph'. Calcolo di Ito e sue applicazioni. Integrazione stocastica. Funzioni non
anticipanti. Integrale di Ito e sue proprieta'. Formula di Ito per il cambio di variabili. Esempi e soluzioni di
equazioni differenziali stocastiche. Risoluzione numerica di equazioni differenziali stocastiche.
3 Superconduttività e giunzioni Josephson. Superconduttori accoppiati. Corrente critica. Differenza di fase tra i
due superconduttori. Equazioni di Josephson: loro derivazione a partire dall'equazione di Schroedinger. Il
modello di "resistively and capacitively shunted juction" (RCSJ). Dinamica del passaggio dallo stato
superconduttivo a quello resistivo.
3 Rumore non gaussiano, diffusione anomala, rumore di Lévy.
2 Effetti indotti dal rumore in sistemi complessi: risonanza stocastica, attivazione risonante stocastica, aumento
di stabilità indotto dal rumore.
4 Modello archetipo per la dinamica di transizioni di fase: oscillatore anarmonico sovrasmorzato. Sistema
bistabilie e tempi caratteristici. Esempi e risoluzione di equazioni differenziali stocastiche con rumore additivo e
moltiplicativo.

3 Effetti indotti dal rumore sulla dinamica transiente in giunzioni Josephson.
4 Modelli stocastici per: a) cellula neuronale (modello di FitzHugh-Nagumo); b) dinamica di popolazioni
(equazioni di Lotka-Volterra generalizzate); c) dinamica di mercati finanziari.
5 Risoluzione di esercizi su argomenti del corso.

La valutazione dell'apprendimento avverrà attraverso una prova orale sugli
argomenti trattati durante il corso. In particolare l’esame consterà di tre parti: a)
l'esposizione di argomenti riguardanti le fenomenologie tipiche dei sistemi
complessi e le tecniche teoriche atte a descriverli, sia nell’ambito delle scienze
fisiche sia in campi affini con applicazioni interdisciplinari; b) la presentazione e
discussione di un argomento, tratto da un articolo o un testo scientifico,
preventivamente concordato tra studente/ssa e docente e inerente la Fisica dei
Sistemi Complessi; c) la risoluzione di un esercizio, riguardante argomenti
trattati durante il corso (o comunque ad esso connessi), preventivamente
concordato tra studente/ssa e docente. Durante l'esame lo/a studente/ssa
risolverà e discuterà l'esercizio. La prova orale consentirà di valutare le
conoscenze acquisite dal candidato, relative alla fisica dei sistemi complessi, la
sua capacità di applicarle a situazioni fisiche concrete e di comunicarle,
esprimendo con proprietà di linguaggio e in modo chiaro le problematiche
inerenti gli argomenti trattati durante il corso. La valutazione finale,
opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base dei concetti e delle tecniche fondamentali della Fisica
dei Sistemi Complessi e modelli archetipi, transizioni di fase e fenomeni critici,
dinamica delle transizioni di fase, Fisica Statistica dei sistemi classici dissipativi
lontani dall’equilibrio e capacita' limitata di applicarli a situazioni fisiche concrete,
sufficiente capacita' di analisi dei fenomeni collettivi emergenti e di esposizione
delle problematiche inerenti la Fisica dei Sistemi Complessi (voto 18-23). b)
Conoscenza buona e in parte approfondita dei concetti e delle tecniche
fondamentali della Fisica dei Sistemi Complessi e modelli archetipi, transizioni di
fase e fenomeni critici, dinamica delle transizioni di fase, Fisica Statistica dei
sistemi classici e dissipativi lontani dall’equilibrio e buona capacita' di applicarli a
situazioni fisiche concrete, discreta capacita' di analisi dei fenomeni collettivi
emergenti e di esposizione delle problematiche inerenti la Fisica dei Sistemi
Complessi (voto 24-28). c) Conoscenza approfondita e diffusa dei concetti e
delle tecniche fondamentali della Fisica dei Sistemi Complessi e modelli
archetipi, transizioni di fase e fenomeni critici, dinamica delle transizioni di fase,
Fisica Statistica dei sistemi classici dissipativi lontani dall’equilibrio e capacita' di
applicarli prontamente e correttamente a situazioni fisiche concrete, ottima
capacita' di analisi dei fenomeni collettivi emergenti e di esposizione delle
problematiche inerenti la fisica dei sistemi complessi (voto 29-30L). Per gli
studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

1 - Elements of Phase Transitions and Critical Phenomena, H. Nishimori, G.
Ortiz, Oxford University Press, 2015.
2 - Handbook of Stochastic Methods for Physics, Chemistry and the Natural
Sciences, C. W. Gardiner, Springer-Verlag, 2004.
3 - Lecture notes and slides prepared by the instructor.

Conoscenza dei concetti di base della teoria quantistica dell'informazione e loro
applicazione alla descrizione e analisi di semplici problemi di computazione e
comunicazione e all'analisi delle proprieta' non classiche di un registro di alcuni
qubits.

6 Elementi di meccanica quantistica con stati misti
8 Sistemi bipartiti ed elementi di teoria delle correlazioni quantistiche: entanglement quantistico in stati puri e
misti; entropia di von Neumann; entropia di entanglement; negativita' di trasposta parziale; misure di
entanglement ed entanglement monotones; informazione mutual ed entropia condizionale; entropia relativa;
quantum discord; spazio entropico delle correlazioni quantistiche.
6 Teorema di 'No-cloning'; Protocolli elementari di comunicazione quantistica: teleportazione quantistica;
superdense coding; distribuzione di chiavi criptocrafiche (one-time pad; protocollo Bennett-Brassard '84);
disuguaglianze di Bell; protocollo Ekert '91.
6 Canali quantistici; mappe CPTP; teorema sulle mappe CP; isomorfismo di Choi-Jamiolkowski; teorema di
Kraus e operator-sum decomposition; esempi di canali quantistici (bit-flip channel; phase-flip channel;
depolarising channel; amplitude damping channel); POVM e distinguibilita' di stati; capacita' di un canale e
teorema di Holevo.
8 Elementi di computazione classica (porte logiche elementari e universalita'); Cenni di teoria della complessita'
computazionale; Porte logiche quantistiche a singolo qubit (NOT, Hadamard, phase e magic gate); Porte
logiche quantistiche a due qubits (CNOT; CPHASE; SWAP; iSWAP); Gruppo di Clifford; teorema di
Gottesmann-Knill; Universalita' della computazione quantistica (porta di Toffoli e di Fredkin).
3 Algoritmi quantistici paradigmatici (algoritmo di Deutsch; Deutsch-Josza; Simon; Grover; elementio
dell'algoritmo di Shor)
3 Cenni alla computazione 'one-way' (stati cluster; realizzazione one-way di porte logiche elementari)

8 Esercitazioni – ciascuna della durata di 2 ore -- su argomenti pertinenti alle lezioni del corso

Il metodo di valutazione dell'apprendimento consiste di due componenti:

• Progetto scritto: Sviluppo (attraverso i software Qiskit o Pennylane) e
  illustrazione di un progetto concordato col docente. Il progetto contribuira' nella
  misura del 30% del voto finale per lo studente. La data di sottomissione del
  progetto verra' stipulata dal docente e comunicata agli studenti durante la prima
  lezione del corso. Il voto conseguito rimarra' valido e verra' considerato in tutti
  gli appelli delle sessioni d'esame dell'anno accademico.
• Esame orale sull’intero programma del corso. L'esame orale contribuira' al
  voto finale per lo studente nella misura del 70%.
  Ciascuna componente della valutazione dell'apprendimento, opportunamente
  graduata, sarà formulata sulla base dei seguenti criteri:
  a) conoscenza di base dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
  sufficiente grado di consapevolezza e autonomia nella difesa del progetto.
  Sufficienti capacita' comunicative. (18-22);
  b) conoscenza buona dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento, discreto
  grado di consapevolezza e autonomia nella difesa del progetto. Buone capacita'
  comunicative. (23-26);
  c) conoscenza approfondita dei fondamenti teorici oggetto dell’insegnamento,
  buon grado di consapevolezza e di autonomia nella difesa del progetto. Solide
  capacita' comunicative. (27-30 e lode).
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente.

TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALE/MAIN SOURCES:
M A Nielsen e I L Chuang, Quantum Computation and Quantum Information
(Cambridge University Press);
J Preskill, Lecture Notes Physics 219 Course (disponibile online/available
online).
TESTI DI APPROFONDIMENTO/TO DIG DEEPER IN THE SUBJECT:
A. Yu. Kitaev, A. H. Shen, e M. N. Vyalyi Classical and Quantum Computation
(American Mathematical Society) ;
S. Aaronson, Quantum Computing Since Democritus (Cambridge University
Press);
J. Watrous, The Theory of Quantum Information (Cambridge University Press);
M. M. Wilde, Quantum Information Theory (Cambridge University Press);
A. Peres, Quantum theory: concepts and methods (Kluwer Academic).

DEL MODULO
1) Comprensione del significato dello studio delle proprieta termodinamiche in ambito quantistico e comprensione delle
differenze concettuali e metodologiche tra meccanica statistica e termodinamica quantistica.
2) Termodinamica quantistica all’equilibrio in condizioni microcanoniche, canoniche e gran canoniche, e in regime di forte
accoppiamento.
3) Metodo delle medie nelle “regioni accessibili” applicato a sistemi all'equilibrio e no.
DEL MODULO
Evoluzioni di non equilibrio con approcci tradizionali e no.
Processi termodinamici su scala microscopica e macchine termine quantistiche.

1 Aspetti problematici nei fondamenti della termodinamica. Il problema della termodinamica
applicata a sistemi microscopici.
1 Teorema H e sue conseguenze.
2 Operatore densità: definizione e proprietà generali, purezza ed entropia di von Neumann, prodotti
scalari e distanze.
10 Concetto di tipicità e ruolo fondamentale dell'ambiente e delle correlazioni tra sistema e
ambiente. Regioni accessibili e medie nello spazio di Hilbert. Tipicità sotto le condizioni di
contatto microcanoniche, canoniche e gran canoniche.
2 Degenerazioni dell'energia in ambienti modulari.
2 Regime di forte accoppiamento e tipicità dello stato ridotto del sistema.
3 Introduzione ai processi di non equilibrio: Teorema adiabatico per Hamiltoniane dipendenti dal
tempo.
3 Introduzione ai processi di non equilibrio: Equazione di Jarzynski e sue conseguenze.
MODULO
NON-EQUILIBRIUM QUANTUM THERMODYNAMICS
Prof. MAURO PATERNOSTRO
3 Sistemi fuori dall'equilibrio in interazione col loro ambiente: mappe completamente positive e
forma di Lindblad delle master equation.
7 Derivazione microscopica delle master equation markoviane; relazione Kubo-Martin-Schwinger.
Stazionarietà dello stato termico. Termini di lavoro e calore in una master equation. Master
equation di sistemi interagenti.
2 Stati stazionari per sistemi interagenti con più riserve; flussi di calore
4 Operatori non hermitiani e sistemi fuori dall’equilibrio. Analisi spettrale dell’operatore di Lindblad.
Sistemi descrivibili con hamiltoniane non hermitiane.
6 Trasformazioni termodinamiche a livello microscopico e macchine termiche quantistiche.
2 Approccio alle dinamiche di non equilibrio basato sul principio di massima produzione di entropia.

La verifica finale consta di una breve presentazione seminariale di un
argomento precedentemente concordato con i docenti e di un esame-colloquio
nel quale lo studente dovra' dimostrare di aver acquisito familiarita' coi contenuti
del corso, anche su argomenti diversi da quello della presentazione seminariale.
La valutazione complessiva sara' formulata sulla base dei seguenti criteri:

• Insufficiente se il candidato dimostra di non aver acquisito una conoscenza
  accettabile dei contenuti del corso;
• Sufficiente (voto 18-20) se il candidato dimostra di possedere sufficiente
  conoscenza dei contenuti del corso ma scarsa capacita' di esposizione dei
  concetti e di applicazione dei metodi introdotti nel corso;
• Soddisfacente (voto 21-23) se il candidato dimostra di possedere sufficiente
  conoscenza dei contenuti e sufficiente capacita' di esposizione dei concetti e di
  applicazione dei metodi;
• Buona (voto 24-26) se il candidato dimostra di possedere buona conoscenza
  dei contenuti del corso, sufficiente capacita' di esposizione dei concetti e
  sufficiente capacita' di applicazione dei metodi;
• Molto Buona (voto 27-29) se il candidato dimostra di possedere buona
  conoscenza dei contenuti, buona capacita' di esposizione e discreta capacita' di
  applicazione dei metodi;
• Eccellente (voto 30-30 e lode) se il candidato dimostra di possedere ottima
  conoscenza dei contenuti, ottima capacita' di esposizione e capacita' di
  applicare autonomamente i metodi appresi.

Testo base: J. Gemmer, M. Michel, G. Mahler, Quantum Thermodynamics: Emergence of Thermodynamic Behavior Within
Composite Quantum Systems, (2nd Edition), Springer. ISBN: 978-3-540-70509-3 - ISBN eBook: 978-3-540-70510-9
Testo di consultazione: G. Mahler, Quantum Thermodynamics Processes, Routledge - Taylor & Francis Group (2019). ISBN:
978-981-4463-73-7 - ISBN eBook: 978-981-4463-74-4
Altro materiale fornito dal docente / Additional material provided by the teacher
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE
H.-P. Breuer and F. Petruccione, The Theory of Open Quantum Systems
(Oxford University Press, Oxford, UK, 2002).
Materiale didattico fornito dal docente
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE

Il corso ha i seguenti obiettivi formativi:

• fornire agli studenti una conoscenza di base dei principi fisici chiave nella
  rivelazione delle radiazioni ionizzanti;
• fornire agli studenti una conoscenza approfondita della strumentazione e delle
  procedure sperimentali per la rivelazione delle radiazioni ionizzanti.

4 Introduzione al corso. Sorgenti di radiazioni ionizzanti. Unità e definizioni. Elettroni veloci. Particelle cariche
pesanti. Radiazione elettromagnetica. Neutroni.
4 Richiami di interazione radiazione/materia. Interazione di particelle cariche pesanti. Interazione di elettroni
veloci. Interazione di raggi X e gamma. Interazione di neutroni. Grandezze radiometriche e dosimetriche.
4 Proprietà generali dei rivelatori di radiazioni. Modello di rivelatore semplificato e varie modalità di rivelazione.
Funzione risposta e spettri di energia. Proprietà di conteggio. Risoluzione energetica. Efficienza di rivelazione.
Tempo morto.
4 Rivelatori a gas. Camere a ionizzazione. Ionizzazione nei gas. Migrazione e raccolta di carica. Formazione del
segnale: teorema di Shockley-Ramo. Misura delle dosi con camere a ionizzazione. Contatori proporzionali.
Multi Wire Proportional Chambers. Contatori Geiger-Müller.
4 Scintillatori. Scintillatori organici. Scintillatori inorganici. Tubi fotomoltiplicatori.
6 Rivelatori a semiconduttore. Rivelatori al silicio. Rivelatori al germanio. Rivelatori a semiconduttore composto
(GaAs, CdTe, CdZnTe, HgI2, TlBr) per la rivelazione a temperatura ambiente. Rivelatori planari, a pixel, a strip
e coplanari.
2 Rivelatori con tecnologie miste.
2 Strumentazione e tecniche di analisi dei segnali dei rivelatori.
2 Esempi di applicazioni dei rivelatori in Fisica Applicata, Nucleare ed Astrofisica.

12 Introduzione ed utilizzo della strumentazione tipica di un sistema di rivelazione di radiazioni. Ottimizzazione dei
parametri fondamentali per il processamento dei segnali di un rivelatore.
20 Preparazione del set-up sperimentale di caratterizzazione di un sistema di rivelazione a stato solido (rivelatori
a semiconduttore, scintillatori). Acquisizione dei segnali. Misura ed analisi della funzione risposta. Misure di
energia, conteggio, tempo morto ed efficienza di rivelazione.

La verifica finale si basa su una prova orale. La prova orale consiste in un
colloquio, volto ad accertare il possesso delle competenze e delle conoscenze
disciplinari previste dal corso; la valutazione viene espressa in trentesimi.
Le domande, sia aperte sia semi-strutturate e appositamente pensate per
verificare i risultati di apprendimento previsti, tenderanno a verificare a) le
conoscenze acquisiste; b) le capacita' elaborative, c) il possesso di un’adeguata
capacita' espositiva sui contenuti del corso. In particolare verra' richiesta la
capacita' di stabilire connessioni tra i contenuti (teorie, modelli, strumenti, attività
sperimentali, ecc.).
La valutazione, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
Eccellente 30-30 e lode: ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprieta' di
linguaggio, buona capacita' analitica, lo studente e' in grado di applicare le
conoscenze per risolvere i problemi proposti;
Molto buono 26-29: Buona padronanza degli argomenti, piena proprieta' di
linguaggio, lo studente e' in grado di applicare le conoscenze per risolvere i
problemi proposti;
Buono 24-25: conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprieta' di
linguaggio, con limitata capacita' di applicare autonomamente le conoscenze
alla soluzione dei problemi proposti;
Soddisfacente 21-23: non ha piena padronanza degli argomenti principali
dell’insegnamento ma ne possiede le conoscenze, soddisfacente proprieta' di
linguaggio, scarsa capacita' di applicare autonomamente le conoscenze
acquisite;
Sufficiente 18-20: minima conoscenza di base degli argomenti principali
dell’insegnamento e del linguaggio tecnico, scarsissima capacita' di applicare
autonomamente le conoscenze acquisite
Insufficiente: non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli
argomenti trattati nell'insegnamento.
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

G. F. Knoll-Radiation Detection and Measurement- quarta edizione- Editore
John Wiley & Sons Inc.- ISBN: 978-0-470-13148-0.

DEL MODULO
Obiettivo del modulo è la conoscenza dei fondamenti di Fisica solare funzionali alla comprensione di argomenti relativi
all’interazione Sole-Terra e quindi allo Space Weather. Per come vengono presentati e proposti, lo studente acquisirà una
conoscenza critica di tali argomenti, essendo consapevole sia di aspetti osservativi, sia teorici.
DEL MODULO
Obiettivo del modulo e' la conoscenza di argomenti relativi all’interazione Sole-Terra, Space Weather. Per come vengono
presentati e proposti, lo studente acquisirà una conoscenza critica di tali argomenti, essendo consapevole sia di aspetti
sperimentali sia teorici.

3 Introduzione allo Space Weather
3 Fisica solare: struttura interna
3 Fisica solare: atmosfera solare
3 Fisica solare: la corona
3 Fisica solare: attività, ciclo, macchie, regioni attive
3 Fisica solare: Brillamenti e CME
3 Fisica solare: richiami di magnetoidrodinamica
3 Fisica solare: Particelle, trasporto e accelerazione
MODULO
SUN-EARTH INTERACTION
Prof. PAOLO PAGANO
2 Space Weather: introduzione alle definizioni, operazioni, applicazioni, e fenomeni.
6 Space Weather Environment: vento solare, derivazione del modello di Parker e soluzioni di
vento. Spirale di Parker, topologia del campo magnetico. Espansione super-radiale. Meccanismi
di accelerazione del vento. Temperature del vento ed anisotropia del vento solare. Corotating
Interaction Regions. Correnti eliosferiche. Settori della corona solare.
solare
8 Origine dello Space Weather: ricostruzione del campo magnetico solare, elicità, PFSS, scheletri
e fogli di corrente. Magnetoidrostatica. Campi potenziali. Campi force free lineari. Campi force-
free non lineari. Equazioni di Grad-Shafranov. Equilibrio delle protuberanze. Tecniche di
predizioni di eruzioni. Tubi di flusso magnetici. Instabilità di Sausage e Kink. Tubi di flusso con
campi magnetici assiali. Instabilità di Kink e Torus. Riconnessione magnetica. Riconnessione
magnetica di Sweet-Parker.
4 Perturbazioni dello space weather: modelli di CME e ICME, CME invisibili, modelli ad attrito.
ENLIL e modelli interplanetari.
2 Interazione con la magnetosfera terrestre: vento e ICME, aurore, onde magnetosferiche
2 Conseguenze dello Space weather: Reti elettriche, Disturbi delle comunicazioni e attività terrestri.

La verifica finale consiste in una prova orale. Allo studente è richiesto di essere
in grado di descrivere le diverse componenti che determinano lo space
weather , e di identificare quali sono i processi fisici che lo caratterizzano,
mostrando conoscenza sia degli aspetti osservativi, sia teorici. Durante la prova
si valutano le conoscenze del candidato, la sua padronanza, la sua capacita' di
applicare tali conoscenze, e di comunicarle in maniera scientificamente chiara e
rigorosa.
La valutazione si basa sul seguente schema:

• conoscenza solo delle basi degli argomenti del corso, con capacita' di analisi,
  applicazione, ed esposizione sufficienti: voto 18-21;
• discreta conoscenza degli argomenti del corso, con discreta capacita' di
  analisi, applicazione, ed esposizione: voto 22-25;
• buona conoscenza degli argomenti del corso, con una buona comprensione
  sia degli aspetti teorici che sperimentali, buona capacita' nell'applicare tali
  conoscenze, sviluppare le relative argomentazioni, con rigore logico e
  scientifico, e buona capacita' di esposizione: voto 26-28;
• piena e profonda conoscenza degli argomenti del corso, con visione completa
  e matura sia degli aspetti teorici che sperimentali, profonda padronanza
  nell'applicare tali conoscenze e nello sviluppare le relative argomentazioni con
  profondo rigore logico e scientifico, ottima capacita' di esposizione: voto 29-30L.
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente.

Testo base - Basic textbook
Priest, E. (2014). Magnetohydrodynamics of the Sun. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/
CBO9781139020732
Testi di Consultazione/Additional textbooks
Karel Schrijver (Ed.) , 2022, PRINCIPLES OF HELIOPHYSICS: A textbook on the universal processes behind planetary
habitability, ISBN-13: 979-8847272711
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE
Space Physics, An Introduction to Plasmas and Particles in the Heliosphere and Magnetospheres, KALLENRODE
MAYBRITT,
Springer, ISBN: 9783642058295
Priest, E. (2014). Magnetohydrodynamics of the Sun. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/
CBO9781139020732
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE

DEL MODULO
Obiettivo formativo dell’insegnamento e' fornire agli studenti una buona e profonda conoscenza di base del modello standard,
della teoria della rinormalizzazione, delle relative applicazioni alla fisica delle alte energie, e conoscenza di alcuni aspetti della
fisica oltre il modello standard.
DEL MODULO
Obiettivo formativo del primo modulo dell’insegnamento e' fornire agli studenti una buona e profonda conoscenza di
base del modello standard.

4 Struttura generale e fenomenologia del modello standard.
6 Diagrammi di Feynman per il modello standard. Applicazioni al calcolo di ampiezze di probabilita'
e sezioni d'urto.
6 Divergenze infrarosse e ultraviolette. Regolarizzazione. Rinormalizzazione nel modello standard.
Running coupling constants. Cromodinamica quantistica perturbativa e nonperturbativa.
3 Il problema CP nelle interazioni forti. Assioni.
5 Teoria quantistica dei campi in spaziotempo curvo. Produzione di particelle in un background
curvo.
MODULO
INTRODUCTION TO THE STANDARD MODEL
Prof.ssa LUCIA RIZZUTO
3 Fenomenologia delle interazioni elettromagnetiche, deboli e forti.
2 Gruppi continui U(1), SU(2), SU(3).
4 Teoria V-A delle interazioni deboli. Teoria IVB (Bosoni vettore intermedi) delle interazioni deboli.
4 Unificazioni delle interazioni elettromagnetiche e deboli. Teoria elettrodebole.
3 Rottura spontanea di simmetria e il meccanismo di Higgs per la generazione della massa delle
particelle elementari. .
4 Il modello a partoni e i quarks. Cromodinamica quantistica.
4 Libertà asintotica e confinamento nelle interazioni forti.

L'esame consiste in una prova orale. Essa consiste nell'esposizione, sotto forma
di seminario, di un argomento non trattato a lezione che lo studente deve
sviluppare autonomamente, e in un esame/colloquio su argomenti trattati
durante il corso.
La valutazione finale, opportunamente graduata, sara' formulata sulla base delle
seguenti condizioni:
a) Conoscenza di base dei concetti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
sufficiente grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (18-22);
b) Buona conoscenza degli argomenti fondamentali oggetto dell’insegnamento,
discreto grado di consapevolezza e di autonomia nella discussione degli
argomenti esposti (23-26);
c) Conoscenza approfondita degli argomenti fondamentali oggetto
dell’insegnamento, buon grado di consapevolezza e di autonomia nella
discussione degli argomenti esposti (27-29);
d) Ottima e completa conoscenza degli argomenti trattati nell'insegnamento,
pronta capacita' di applicarli correttamente a varie situazioni fisiche ed ottima
capacita' comunicativa (30-30L).
Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
compensativi e le misure dispensative individuate, dal CeNDis - Centro di
Ateneo per la disabilità e la neurodiversità, in base alle specifiche esigenze e in
attuazione della normativa vigente.

Testi Base (Basic Textbooks)
M.D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model, Cambridge University Press, ISBN 978-1107034730
V.F. Mukhanov, S. Winitzki, Introduction to Quantum Effects in Gravity, Cambridge University Press, ISBN 978-0511809149
Testi di approfondimento (Supplementary Textbooks)
F. Mandl, G. Shaw, Quantum Field Theory, ISBN 978-0471496847
O. Nachtmann, Elementary Particle Physics: Concepts and Phenomena, Springer, ISBN 978-3540516477
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE
M.D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model, Cambridge University Press, ISBN 978-1107034730
F. Mandel, G. Shaw, Quantum Field Theory, Wiley, ISBN 978-0471496847
Testi di approfondimento (Supplementary Textbooks):
O. Nachtmann, Elementary Particle Physics: Concepts and Phenomena, Springer, ISBN 978-3-540-51647-7
TIPO DI ATTIVITA' C
AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
PERSONALE
NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
DIDATTICHE ASSISTITE

DEL MODULO
Obiettivo del modulo e' la conoscenza dell'evoluzione stellare di stelle massicce di post sequenza principale, delle
supernovae, e dei processi fisici che caratterizzano e governano queste fasi evolutive. Per come vengono presentati e
proposti, lo studente acquisira' una conoscenza critica di tali argomenti, essendo consapevole sia di aspetti sperimentali che
teorici.
DEL MODULO
Obiettivo del modulo e' la conoscenza dell'evoluzione stellare, e dei processi fisici che la caratterizzano e la governano, dalla
fase iniziale di contrazione di una nube, fino alle fasi di post sequenza principale. Per come vengono presentati e proposti, lo
studente acquisira' una conoscenza critica di tali argomenti, essendo consapevole sia di aspetti sperimentali che teorici.

4 Equazioni dell'evoluzione stellare
4 Stelle di post-sequenza principale (giganti, supergiganti, e Wolf-Rayet)
2 Nucleosintesi nelle stelle massicce
4 Supernovae a collasso nucleare
2 Supernovae di tipo Ia
4 Resti di supernova
4 Accelerazione di Fermi e raggi cosmici nei resti di supernova
MODULO
STAR FORMATION AND MAIN SEQUENCE
Prof.ssa COSTANZA ARGIROFFI
4 Nubi molecolari e nascita delle stelle.
2 Fasi di pre-sequenza principale.
3 Dischi circumstellari e formazione di sistemi esoplanetari.
9 Stelle di sequenza principale: equazioni della struttura stellare; meccanismi di produzione e di
trasporto di energia; stelle omologhe
2 Processi ad alta energia nelle atmosfere stellari.
4 Fasi di post-sequenza principale per stelle di piccola massa.

La verifica finale consiste in una prova orale. Allo studente e' richiesto di essere
in grado di descrivere le diverse fasi dell'evoluzione stellare, e di identificare
quali sono i processi fisici che le caratterizzano, mostrando conoscenza sia
degli aspetti osservativi, che teorici. Durante la prova si valutano le conoscenze
del candidato, la sua padronanza, la sua capacita' di applicare tali conoscenze,
e di comunicarle in maniera scientificamente chiara e rigorosa.
La valutazione si basa sul seguente schema:

• conoscenza solo delle basi degli argomenti del corso, con capacita' di analisi,
  applicazione, ed esposizione sufficienti: voto 18-21;
• discreta conoscenza degli argomenti del corso, con discreta capacita' di
  analisi, applicazione, ed esposizione: voto 22-25;
• buona conoscenza degli argomenti del corso, con una buona comprensione
  sia degli aspetti teorici che sperimentali, buona capacita' nell'applicare tali
  conoscenze, sviluppare le relative argomentazioni, con rigore logico e
  scientifico, e buona capacita' di esposizione: voto 26-28;
• piena e profonda conoscenza degli argomenti del corso, con visione completa
  e matura sia degli aspetti teorici che sperimentali, profonda padronanza
  nell'applicare tali conoscenze e nello sviluppare le relative argomentazioni con
  profondo rigore logico e scientifico, ottima capacita' di esposizione: voto 29-30L.
  Per gli studenti con disabilità e neurodiversità saranno garantiti gli strumenti
  compensativi e le misure dispensative individuate dal Ce.N.Dis. (Centro di
  Ateneo per la disabilità e la neurodiversità) in base alle specifiche esigenze e in
  attuazione della normativa vigente.

TESTI BASE (BASIC TEXTBOOKS)

• Handbook of Supernovae, Alsabti, Athem W., Murdin, Paul, ISBN 978-3-319-21845-8
  Testi di approfondimento (SUPPLEMENTARY TEXTBOOKS):
• Stellar Structure and Evolution, R. Kippenhahn et al., Springer-VerlagBerlinHeidelberg2012, ISBN 978-3-642-30304-3
• Physics and evolution of supernova remnants, J. Vink, Springer, ISBN 978-3-030-55231-2
  TIPO DI ATTIVITA' C
  AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
  NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
  PERSONALE
  NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
  DIDATTICHE ASSISTITE
  Introduction to Stellar Astrophysics: Volume 3, Erika Böhm-Vitense ( copertina rigida ISBN 978-0521344043; brossurata
  ISBN 9780521348713; ebook ISBN 978 0511623028 e ISBN 9780511873041).
  TIPO DI ATTIVITA' C
  AMBITO 83890-Attività formative affini o integrative
  NUMERO DI ORE RISERVATE ALLO STUDIO 51
  PERSONALE
  NUMERO DI ORE RISERVATE ALLE ATTIVITA' 24
  DIDATTICHE ASSISTITE