Python seconda edizione

The second edition of Python@RomaTRE will be hosted on Microsoft Teams platform.
Like last year we're going to explore the most advanced concepts of Python programming.
This year, due to the current unforeseen situation, we'll have to access our lessons via the Web.

Lessons will be given on 19 May, 26, May, 3 June, and 9 June from 14:30 to 18:30.

Half time will be focused on theory, while on the other half you may test what we've explained through specific exercises that will skill you in python programming.
From 5th May we'll open to subscriptions with a web site (http://paolacelio.it) where you can find all tools necessary for following seminars and testing code (a virtual machine devoted to machine learning development, exercises, literature, and ofc lessons).
Lessons will be helded by
dr Paola Celio (Dipartimento di Matematica e Fisica Università degli Studi Roma TRE),
dr Pietro Corsi (Dipartimento di Scienze Università degli Studi Roma TRE),
dr Sergio Lins (Dipartimento di Scienze di base e applicate per l'ingegneria Università degli Studi La Sapienza)

 

ASTROFISICA DEGLI OGGETTI COMPATTI

The course will introduce the nature of astrophyisical compact objects and their emission, both from a theoretical and observational point of view. The program of the lectures is:
a) Introduction to compact objects: white dwarfs, neutron stars and black holes.
b) Black holes: general properties. Schwarschild and Kerr metrics
c) Neutron stars. Pulsars: general properties and emission mechanisms.
Pulsars as General Relativity laboratories
 

Il doppio problema della massa mancante nell’Universo

Il corso e’ di livello intermedio. Richiede conoscenze di base di Astrofisica e Cosmologia. E’ preferibile aver seguito in precedenza un corso di introduzione alla Cosmologia.
Il programma e’ diviso in due parti.

1) Il problema dei barioni mancanti: Misura dell’abbondanza dei barioni in varie epoche cosmologiche; evidenze osservative relative alla sotto-abbondanza cosmologica dei barioni all’epoca attuale; interpretazioni teoriche nell’ambito del modello cosmologico standard; tecniche osservative per la rivelazione dei barioni mancanti; stato dell’arte; prospettive future,.
2) Il problema della materia oscura; Evidenze osservative indirette a supporto dell’esistenza della materia oscura; argomenti teorici a supporto dell’esistenza di una componente oscura; interpretazioni alternative e teorie MOND; abbondanza cosmologica e proprietà’ fisiche della materia oscura;  candidati di materia oscura; tecniche dirette per la rivelazione della materia oscura (acceleratori, calorimetri ecc.); tecniche indirette per la rivelazione della materia oscura (osservazioni astrofisiche e cosmologiche).

 

EVOLUZIONE DI GALASSIE E AGN AD ALTO REDSHIFT

Evoluzione di galassie e AGN ad alto redshift Formazione e
coevoluzione AGN/galassie. Nuove osservazioni e risultati.
Misura e storia delle Star Formation and Accretion Rates.
Funzione di luminosità: AGN e galassie.
Buchi neri supermassivi: funzione di massa.
Crescita di BH e galassie. AGN: Feedback. Getti radio. Merging e interazione.
Struttura su larga scala dell’Universo

Spettroscopia di plasmi astrofisici

-Notazione spettroscopica; Livelli energetici; Transizioni: regole di selezione

-Processi di base; Bilancio di ionizzazione

-Righe di emissione

-Righe di assorbimento; Estinzione da polvere

-Plasmi fotoionizzati
 

Fisica dei ghiacci planetari

Il ghiaccio nel Sistema Solare
Tecniche geofisiche per l'esplorazione delle croste ghiacciate nel Sistema Solare
Proprietà elettriche del ghiaccio
Il radar per lo studio dei ghiacci terrestri e planetari
Misure di laboratorio su campioni simulanti ghiacci planetari
 

METEOROLOGIA SPAZIALE

Secondo la definizione dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), la meteorologia spaziale si riferisce alle condizioni della magnetosfera, della ionosfera e della termosfera terrestre indotte dal Sole e dal vento solare che possono influenzare il funzionamento e l’attendibilità dei sistemi e dei servizi tecnologici spaziali e terrestri. Questi effetti possono rivelarsi dannosi per cose e persone. Vista la multidisciplinarietà delle applicazioni, il tema è complesso ed è trattato a livello globale da gruppi di ricercatori con competenze in fisica, ingegneria, matematica, chimica, biologia e medicina.
Il corso offre una panoramica dei meccanismi fisici che innescano eventi estremi allo scopo di evidenziare la numerosità delle variabili in gioco e di rappresentare le competenze necessarie per sviluppare strategie efficaci di mitigazione e di previsione. Inoltre, il corso mette in evidenza le sfide scientifiche, tecnologiche e sociali ancora non risolte nell’ambito della meteorologia spaziale, fornendo anche esempi delle tecnologie più vulnerabili.

Indice

• Meteorologia Spaziale: scienza o servizio?
• Meteorologia e clima nello spazio circumterrestre
• Il Sole, il vento solare, la magnetosfera e la ionosfera
• Applicazioni: come prevedere e mitigare l’impatto della meteorologia spaziale sui sistemi di comunicazione e navigazione
• Programmi e servizi di meteorologia spaziale nel mondo

Analisi dei dati sperimentali

* Acquisizione e preparazione dei dati
* Statistica di singola variabile ed inferenza
* Dati in funzione del tempo
* Dati distribuiti geograficamente
* Statistica con due variabili
* Statistica non parametrica e metodi multivariati
* Esempi di programmazione in Python/R
 

Problemi inversi in Geofisica

Questo corso è un'introduzione ai metodi di inversione in ambito geofisico.
Il corso tratterà sia della risoluzione di problemi lineari sia di quelli non lineari attraverso approcci deterministici quali il metodo dei minimi quadrati, la SVD,  e tecniche di regolarizzazione così come approcci puramente probabilistici come i metodi Monte Carlo basati su Catena di Markov.
La teoria è illustrata attraverso alcuni esempi tratti da problemi geofisici e la loro soluzione è discussa attraverso lo svolgimento in aula di algoritmi di inversione.

• Testi di Riferimento:

PLANETOLOGIA EXTRASOLARE

La scoperta di quasi 4000 pianeti extrasolari, ha dato nuovo impulso alla ricerca astrobiologica permettendo di spaziare oltre l’ambito locale del  Sistema Solare. Inoltre le caratteristiche fisiche dei pianeti extrasolari stessi e le loro caratteristiche orbitali, così diverse da quelle del nostro Sistema Solare, hanno ormai messo in crisi il paradigma classico della formazione planetaria.
Il corso si prefigge lo scopo di descrivere le metodologie sperimentali che hanno permesso di scoprire l’esistenza dei corpi planetari in orbita intorno ad altre stelle oltre che il sole, i risultati fisici e statistici principali che sono stati ottenuti da queste scoperte e dallo studio dell’ambiente stellare, le conseguenze sullo studio dell’astrobiologia e sulla ricerca della vita in ambienti diversi dalla terra. In particolare vengono trattati i seguenti argomenti:

• I metodi di ricerca  dei compagni planetari di altre stelle oltre il sole
• Tecniche di osservazione delle atmosfere dei pianeti extrasolari
• Cenni sulla formazione planetaria e sulla teoria della migrazione, pro e contro delle due teorie del “core accretion” e del “disk instability”
• Principali risultati ottenuti nella ricerca dei pianeti extrasolari, cose note, cose non note e cose messe in crisi (proprietà statistiche, metallicità – formazione, proprietà orbitali, distribuzioni di massa, periodi ed eccentricità etc. etc.)
• La fisica dei pianeti giganti (Giove e Saturno come termini di paragone) e delle Brown Dwarfs. Verrà approfondita la tematica degli hot jupiter e come viene alterata la loro evoluzione a causa della prossimità della stella madre.
• La fisica dei pianeti terrestri e rocciosi, storia evolutiva della terra
• Il concetto di zona di abitabilità, sua definizione e sua estensione nel caso del Sole e nel caso piu’ generale di stelle di altri tipi spettrali. Completamento del concetto con l’evoluzione temporale della zona continuamente abitabile. Ampliamento e trasferimento del concetto di abitabilità alla Galassia.
• La ricerca della vita come problema astrofisico. Ricerca della vita nel Sistema Solare, i primi passi, gli esperimenti del Viking, Marte, Titano ed Europa. Definizione delle biosignatures, bioindicatori, e loro osservazione. I progetti per la ricerca della vita intelligente: SETI.

• Le bibliografie necessarie di cui ogni argomento é corredato

COMUNICARE LA SCIENZA

Il corso si basa su attività pratiche e laboratori, a partire dall'analisi di casi studio di comunicazione scientifica che saranno presentati e discussi in italiano e / o in inglese (a seconda del contenuto)

 

Strutture di modo e relazione di dispersione globale in plasmi magnetizzati toroidali

Programma: La comprensione delle strutture di modo e relazione di dispersione globali delle fluttuazioni nei
plasmi magnetizzati è di fondamentale importanza per capirne le proprietà sia in laboratorio che nello spazio.
Il campo magnetico di equilibrio e le non uniformità del plasma giocano un ruolo cruciale in questo senso
e richiedono appropriate tecniche matematiche per essere trattati. 
Questa serie di lezioni è strutturata in tre parti. (I) Metodi variazioni in fisica del plasma (lezioni i-ii-iii), 
che affronta la costruzione generale di principi variazionali, fornendo esempi semplici e applicazioni, e
che illustra il loro utilizzo in magnetoidrodinamica. (II) Propagazione di onde in mezzi lentamente variabili
e debolmente non uniformi (lezioni iv-v), che discute la formulazione eiconale delle equazioni d’onda e 
l’equazione cinetica d’onda. (III) Descrizione delle onde di Alfvén nei plasmi toroidali (lezioni vi-vii), 
che affronta sia il problema agli autovalori globale che la soluzione asintotica per tempi lunghi e la
relazione di dispersione WKB.
 

Introduzione alla spintronica

1) Equazioni di diffusione accoppiate per le densità di carica e spin
2) Effetto di magnetoresistenza gigante (GMR)
3) Accoppiamento di spin orbita in metalli e semiconduttori (Rashba, Dresselhaus, etc.)
4) Effetto spin Hall estrinseco
5) Effetto spin Hall  intrinseco
6) Grafene e Isolanti Topologici

 

STUDIO COMPUTAZIONALE DELLA STRUTTURA E DELLA TERMODINAMICA DEI LIQUIDI

1. Introduzione ai metodi di simulazione numerica: Monte Carlo e Dinamica Molecolare.

2. Applicazione dei metodi di simulazione al calcolo dell’energia libera e delle transizioni di fase.

3. Applicazione dei metodi alla struttura e alla termodinamica dell’acqua.

 

Dinamica dei liquidi e teorie per la transizione vetrosa

Funzioni di correlazione dinamiche
Dinamica dei liquidi e transizione vetrosa
Teoria di Mode Coupling per la dinamica vetrosa
 

Materia Soffice Attiva: il punto di vista della Fisica dei Mezzi Continui

Materia Soffice Attiva: il punto di vista della Fisica dei Mezzi Continui
L. Teresi, Dipartimento di Matematica e Fisica, Università Roma Tre, Italia

La materia soffice attiva è il costituente fondamentale della materia vivente e la sua modellazione fisica viene spesso fatta utilizzando modelli basati sulla meccanica statistica o sulla dinamica molecolare. Questi modelli assumono la nozione di energia come nozione fondamentale e descrivono la materia soffice attiva come un sistema “fuori dall’equilibrio”.  Qui vogliamo adottare un punto di vista diverso, partendo dalla fisica dei mezzi continui: la nozione fondamentale non è più l’energia ma la potenza e soprattutto la capacità di convertire potenza chimica in potenza meccanica per produrre movimento e cambiamenti di forma, oltre ad una inevitabile dissipazione.

Una delle peculiarità fondamentali della materia soffice vivente è infatti la capacità di utilizzare potenza chimica per produrre lavoro meccanico e quindi movimento e cambiamenti di forma in modo controllato. Lo studio di questi sistemi attivi è stato fin ora assente dalla fisica convenzionale, ma sta assumendo un ruolo sempre più importante nella ricerca scientifica contemporanea: alla fisica si richiedono nuovi esperimenti e alla matematica nuovi modelli. Su tutto, la volontà di comprendere il comportamento della materia vivente e lavorare a fianco dei biologi.

Qui in particolare siamo interessati alla dinamica dei gel attivi, studiata con i metodi della fisica del continui: l’attivazione di una rete polimerica infusa di solvente è vista nel contesto della teoria della “stress-diffusion”, arricchita con un modello di crescita. Partiremo dai principi fondamentali della potenza virtuale e della potenza dissipata per sviluppare una teoria che utilizza tre variabili di stato per descrivere la dinamica dei gel attivi: spostamento, concentrazione e stato rilassato. Questo modello può descrivere alcune delle caratteristiche fondamentali della contrazione che si osserva nei gel attivi; le capacità descritti del modello saranno confrontate con le più recenti osservazioni sperimentali.

Argomenti trattati
- L’origine statistica della energia libera.
- I tre pilastri della fisica dei continui: 1) variabili di stato;  2) leggi di bilancio; 3) prescrizioni costitutive.
- Fisica dei gel: assorbimento e rilascio di liquidi.
- Il diagramma contrazione-rigonfiamento.
- Dinamica: i problemi evolutivi.

Riferimenti

1. O. J. N. Bertrand, D. K. Fygenson, O. A. Saleh, Active, motor-driven mechanics in a dna gel, PNAS (2012).
2. D. Mizuno, C. Tardin, C. F. Schmidt, F. C. MacKintosh, Nonequilibrium mechanics of active cytoskeletal networks, SCIENCE (2007).
3. M. K. Matthias Schuppler, Felix C. Keber, A. R. Bausch, Boundaries steer the contraction of active gels, NATURE Comm.  (2016).
4. A. Bernheim-Groswasser, N. S. Gov, S. A. Safran, S. Tzlil, Living matter: Mesoscopic active materials, Advanced Materials (2018).
5. F. C. MacKintosh, A. J. Levine, Nonequilibrium mechanics and dynamics of motor- activated gels, PRL  (2008).
6. Y. Ideses, V. Erukhimovitch, R. Brand, D. Jourdain, J. Salmeron, Hernandez, U. Gabinet, S. Safran, K. Kruse, A. Bernheim-Groswasser, Spontaneous buckling of contractile poroelastic actomyosin sheets, NATURE Comm. (2018).
7. M. Curatolo, S. Gabriele, L. Teresi, Swelling and growth: a constitutive framework for active solids, Meccanica (2017).
8. P. J. Flory, J. Rehner, Statistical mechanics of cross-linked polymer networks i. rubberlike elasticity, J Chem Phys  (1943).
9. P. J. Flory, J. Rehner, Statistical mechanics of cross-linked polymer networks ii. swelling, J Chem Phys  (1943).
10. G. H. Koenderink, Z. Dogic, F. Nakamura, P. M. Bendix, F. C. MacKintosh, J. H. Hartwig, T. P. Stossel, D. A. Weitz, An active biopolymer network controlled by molecular motors, PNAS (2009).
11. J. Prost, F. Ju?licher, J-F. Joanny, Active gel physics NARTURE Physics (2015).
12. DiCarlo, S. Quiligotti, Growth and balance, Mechanics Research Communications (2012).

FISICA DEL SAPORE - SPERIMENTALE

Definizione di sapore e fisica del sapore.
- Sapore e bosone di Higgs.
- Matrice CKM.
- Fisica del sapore oltre il modello standard
- Violazione del sapore leptonico.
- Introduzione alla violazione di CP.
- Violazione di CP. Misura sperimentale in NA48 e KLOE.
- Misura dell'angolo di Cabibbo per decadimenti di kaoni neutri e carichi.
- Decadimenti di kaoni rari e molto rari.
- Il meccanismo GIM e l'osservazione del quark charm.
- Vita media degli adroni charm.
- Decadimenti del sapore leptonico e semileptonico.
- Mixing di mesoni D.
- Asimmetrie nel decadimento dei mesoni charm
- Acceleratori ed esperimenti per studi di b physics.
- Mixing di mesoni B e violazione di CP.
- Misura di angoli e lati del triangolo unitario b.
- Misurazione sperimentale del mixing di Bd e Bs.
- Vite medie degli adroni B
- Ricerca di nuova fisica con decadimenti dei mesoni B e D.
- Il sapore leptonico nel modello standard.
- LFV oltre la SM.
- Mu-> e gamma e l'esperimento MEG.
- Prospettive future: proposta Mu2E
- Decadimento del Tau LFV nelle fabbriche B.
- Momenti di dipolo elettrico nella fisica BSM e loro misura.
 

INTRODUZIONE AI METODI MONTE CARLO E LORO APPLICAZIONI ALLA FISICA DELLE PARTICELLE

• Introduzione ai metodi Monte Carlo e loro applicazioni alla Fisica delle Particelle
• Introduzione al pacchetto Geant4
• Caratteristiche di base del linguaggio C++ largamente usate in Geant4
• Un esempio pratico: la simulazione di un calorimetro a sampling
• Dettagli dell’esempio: generazione dei primari, scelta dei modelli di Fisica, limiti sulla produzione di particelle secondarie, salvataggio di osservabili (su file ROOT)

Problemi attuali di fisica del neutrino

- Misura diretta della massa del neutrino
- Neutrini di Majorana: ricerche di decadimenti doppio-beta
- Neutrini solari: 
            - Modello standard solare
            - risultati sperimentali
            - interpretazioni, oscillazioni in vuoto e nella materia
- Neutrini da acceleratori: esperimenti a corta e lunga “baseline"
- Neutrini da reattore
 

FISICA DELLE ALTE ENERGIE ALLE MACCHINE ACCELERATRICI ADRONICHE

- Fisica degli acceleratori, rivelatori (lezione 1)
a) Trigger
b) rivelatori di tracce
c) Calorimetri
d) Spettrometro di Muoni
e) Monitor di luminosità
 
- Ricostruzione di oggetti (lezione 2)
a) Tracce
b) Getti
c) Elettroni e fotoni
d) Muoni
e) Energia mancante
 
- Misura della sezione d’urto trasversa (lezione 3)
a) vertice, accumulo, evento sottostante,
isolamento, rimozione di sovrapposizioni
a) Stima del fondo (Regioni di controllo, metodi ABCD, stima dei fondi basate sui dati, analisi indipendenti dalla regione di segnale)
 
- Misura della sezione d’urto trasversa (lezione 3, continua)
b) b-tag
c) Ottimizzazione dell'analisi
d) Tecniche di analisi multivariata
e) Interpretazione statistica, errori sistematici e statistici, scoperte, limiti,
parametrizzazione delle sistematiche, look-elsewhere effect.

- Cinematica, Diagrammi di Feynman (lezione 4)
- Generatori MC e Geant

- Fisica Elettrodebole (lezione 5)

a) Candele standard (risonanze di bassa massa, bosone W, bosone Z)
- QCD e Fisica del B (Lezione 6)
- Fisica del quark Top (Lezione 7)
- Fisica del bosone di Higgs (Lezioni 8, 9)
- Supersimmetria (Lecture 10)
- Fisica esotica
- Acceleratori futuri e prospettive (Lezione 11)
 

Interazioni adroniche ad alta energia

Ambiente sperimentale: ISR, SppS, Tevatron, RHIC, LHC.
Caratteristiche generali delle interazioni a piccolo impulso trasferito.
Produzione inclusiva di particelle. Sezione d’urto elastica, diffrattiva, totale.
Cromodinamica quantistica, quark e gluoni, fattori di colore.
Costante di accoppiamento a_S(Q²).
Scattering inelastico di leptoni. Funzioni di struttura e evoluzione in Q².
Densità dei partoni. Generatori Monte Carlo, parton shower.
Drell–Yan, produzione di bosoni W e Z.
Jet adronici, algoritmi di ricostruzione di jet, variabili di evento.
Produzione inclusive di jet, di-jet, jet-fotone, multi-jet.
Funzione di frammentazione dei jet.
Misure di a_S(Q²).
Collisioni di nuclei relativistici, quark-gluon plasma.
Caratteristiche generali delle collisioni nucleo-nucleo.
Segnali della formazione del quark-gluon plasma.

 

Elementi di teoria dei gruppi e teorie di grande unificazione

- Grand Unified Theories: SU(5) and SO(10)
- Models of neutrino masses and mixing

Fisica del Sapore e Violazione di CP

1. Flavour physics in the Standard Model
   - Flavour and CP symmetries
   - Yukawa interactions
   - Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix and its parameterizations
   - Unitarity Triangle
2. Weak effective Hamitonians
   - Operator basis
     - local operators
     - hadronic matrix elements (basic elements)
   - Wilson coefficients
     - matching
     - renormalization group evolution
   - leading order determination of the Delta F=1 effective Hamiltonian
3. Weak transitions of mesons
   - formalism of neutral meson mixing
   - CP violation in meson mixing and decays
   - K, D and B mesons
4.Phenomenology of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix
   - determination of the CKM parameters
5. Flavour beyond the Standard Model (selected topics)
   - the Delta F=2 effective Hamiltonian beyond the Standard Model
   - effective theories with minimal flavour violation

RISOMMAZIONI IN QED E QCD

Teoremi di Bloch-Nordsieck  e  Kinoshita-Lee-Nauenberg.
Effetti soffici e collineari in QED and risommationi.?
Correzioni radiative nella annichilazione e+e- in risonamze strette (J/Psi, Z, ...)
Introduzione  degli stati coerenti in QED e QCD.  Produzione  di jet in annichilazione e+e-.
Distribuzioni in pt nella produzione di W,Z e Higgs.
Distribuzioni in pt nella produzione di "sapori pesanti".?
Fattori-K. Distribuzioni partoniche intorno x=1.?
Fisica dei piccoli x
 

Corso avanzato sul Modello Standard

- Part I - Prof. Bonvini (da definire)

- Part II  Fisica del flavor e QCD sul reticolo  - V. Lubicz 6 hour
           • Fisica del flavor e sue motivazioni
                       • Domande aperte nel Modello Standard
                       • Il settore del flavor
                       • Fisica del flavor e ricerche di Nuova Fisica      
           • Introduzione alla QCD sul reticolo
                       • La regolarizzazione sul reticolo
                       • L’azione di QCD sul reticolo
                       • Simulazioni Monte Carlo e importance sampling
                       • Calcolo delle funzioni di correlazione
                       • Errori sistematici
                       • Fisica del flavor sul reticolo
                       • Le masse dei quark
                       • L'angolo di Cabibbo e il test di unitarietà
                       • L'analisi del triangolo unitario

- Part III Fisica elettrodebole - G. Degrassi 6 hour (Roma Tre)

• Review sul Modello Standard
   - Definizione della costante di Fermi
   - Il parametro rho
   - La simmetria custodiale
   - Limite senza gauge del Modello Standard
• Rinormalizzazione del Modello Standard
   - I parametri Delta-r e Delta-k
   - Gli schemi di rinormalizzazione Msbarra e On-Shell
• Fisica di precisione
   - g-2
   - Determinazione indiretta delle masse del top e dell'Higgs
   - Vincoli teorici sulla massa dell'Higgs
   - Decadimenti e produzione dell'Higgs

Gravitational Waves: sources, detectors and detections

Program:
- Introduction to GWs;
- Sources of GWs;
- Detection techniques: past, present and future;
- Overview of science runs and detections
- Fundamental physics with GWs: testing GR in the strong field regime;
- Astrophysics with GWs.
 

Analisi delle serie temporali

1) Si richiamano i principi di base della analisi di Fourier applicata e numerica: serie e trasformata di Fourier, spettro di energia e di potenza, autocorrelazione e mutua correlazione, e loro costruzione numerica.

2) Risposta impulsiva e armonica di un sistema.

3) Filtraggio di una serie temporale.

4) Serie temporali come campionamenti di un segnale continuo.
 

Simmetrie di Lie di equazioni differenziali e alle differenze

1.    Simmetrie di Lie di equazioni differenziali e loro estensioni e
      generalizzazioni
2.    Simmetrie di Lie di equazioni alle differenze; derivazione e
      applicazioni
3.    Dalle simmetrie puntuali alle simmetrie generalizzate per
      equazioni alle differenze
4.    Simmetrie generalizzate dall'integrabilta' di equazioni alle
      differenze
5.    Simmetrie formali ed equazioni integrabili sul reticolo