Corsi

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
 

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
 

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.
 

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
 

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

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:

Comunicare la scienza: parlare in pubblico (Modulo B del corso Comunicare la Scienza)

In questo corso di 6 ore ci concentreremo sulla comunicazione orale della scienza, dalle tecniche per parlare in pubblico alla preparazione dei materiali da presentare.
Per farlo, partiremo dalle linee guida generali della comunicazione scientifica apprese nel modulo 1 del corso Comunicare la Scienza, approfondiremo le tecniche per la comunicazione orale,
svolgeremo esercizi e realizzeremo alcune attività pratiche.  

 

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)

 

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

 

Cosa sono le Forze?

La nozione di forza è onnipresente nella fisica e la parola "forza" è usata di continuo nella vita di tutti i giorni. Nonostante questo, la nozione di forza è anche una delle più insidiose e profonde della fisica.

L'obiettivo di questo corso è andare oltre la conoscenza standard, utile per "fare i conti", che la maggior parte di noi ha delle forze, e presentare l'essenza di questa nozione fondamentale. Le forze rappresentano uno dei maggiori successi della fisica-matematica, ossia, la traduzione delle osservazioni e dei risultati ottenuti dalla meccanica sperimentale in un modello matematico in grado di descrivere fenomeni meccanici.

Possiamo dire che la fisica teorica nasce con i Principi di Newton, pubblicato nel 1687; all'incirca nello stesso periodo, inizia lo sviluppo della analisi matematica. In questo corso, vedremo i passi cruciali che hanno portato allo sviluppo del modello matematico usato per descrivere le forze, e presenteremo il moderno punto di vista per il modello di forza.

Programma sintetico
- Cinematica versus dinamica.
- Le forze come misuratore di potenza.
- Il principio della potenza virtuale.
- Potenza  versus Energia.
- Il principio di dissipazione.
- Il principio di invarianza ai cambiamenti di osservatore.

Detector simulation with Geant4

Pre-requisites: Knowledge of C++ language,basic knowledge of MC simulation techniques

Introduction
What is geant4 - basic concepts
Hands on: Installation and first run 

Detector description
Definition of detector geometry and materials
Visualization
Hands on: Add physical volumes to your first detector

Detector simulation
 
Generation of primaries
Extract information: user actions, scoring and hits
Hands on: Shoot particles in your detector, retrieve basic quantities and store them in a ROOT file

Advanced:
Optical physics
Hands on: simulation of a scintillator detector with pmt/sipm readout, comparison with experimental data
 
 

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.
 

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.

 

Flavor Physics and Lattice QCD

Flavor Physics and Lattice QCD
4 weeks, 2 sessions per week, each session 2 hours long
Week 1: Basic elements of flavor physics
After abridged description of the Standard Model (SM), more attention is devoted to the flavor sector, and in particular to quarks and their mixing. CKM and the unitarity triangle: current status and the resulting amount of CP violation in the SM. Going beyond the SM: example, flavor problem in the 2HDM.  
Week 2: Introduction to lattice QCD and its relation to flavor physics
QCD on the lattice: (i) discretizing Yang-Mills action à la Symanzik; (ii) challenges with the Dirac operator on the lattice and its inversion. From correlation functions to hadronic matrix elements – part one. Leptonic and semileptonic decays on the lattice in the Standard Model (SM) and beyond. HVP from the lattice. Finite volume effects.   
Week 3: Renormalization of fields and composite operators
From correlation functions to hadronic matrix elements – part two: perturbative and nonperturbative renormalization. Going to the continuum limit. Examples: (i) determination of the quark masses; (ii) towards the physical decay constants and form factors; (iii) hadronic matrix elements of the four-quark operators (in and beyond the SM). 
Week 4: Peculiarities of heavy quarks and current trends in flavor physics
Effective theories of heavy quark off and on the lattice. Renormalization of heavy quark fields and the corresponding composite operators. Current status of the phenomenologically relevant hadronic quantities involving b-quark, as computed on the lattice. Going beyond the SM in flavor sector: SMEFT (rudimentary). Towards the theory of flavor.
 

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

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 NUCLEARE APPLICATA

- Metodi radiometrici
- Misure e incertezze nei metodi radiometrici
- Applicazioni: modelli di trasporto atmosferico, non-proliferazione nucleare

Hands-on sulla Meccanica dei Continui with COMSOL

Obiettivi: conoscere i concetti fondamentali della fisica-matematica che sono alla base dei modelli usati per descrivere
la meccanica dei continui e imparare a risolvere una selezione di problemi campione. Il corso è “hands-on”, ossia i
partecipanti dovranno imparare ad impostare e risolvere i problema tipici della meccanica dei fluidi e dei solidi, e
analizzare i risultati; in particolare, dovranno acquisire dimestichezza con i seguenti passi: fenomeno fisico -> modello
matematico -> problema specifico -> scrittura delle equazioni -> soluzione -> analisi risultati. L’implementazione e la
soluzione dei problemi sarà fatta utilizzando il software COMSOL.
Sommario delle Lezioni
1) Analizzare un modello non lineare di meccanica dei solidi, dall’implementazione alla soluzione.
Le equazioni fondamentali della meccanica dei continui: Cinematiche, Costitutive, Bilancio.
Confronto tra forma differenziale (secoli XVIII e XIX, detta “forma forte”) e forma integrale (secolo XX, detta forma
debole”).
Esempio risolto: solido iperelastico sottoposto a campo di forze.
2) Descizione Materiale e descrizione Spaziale
Il corpo continuo come varietà differenziabile.
Cosa sono i tensori e ocme si usano in meccanica
“Pull back” & “push forward” dei campi scalari, vettoriali e tensoriali.
Gli elementi geometrici e il cambio di densità
3) Meccanica dei solidi e meccanica dei fluidi: dove sono le differenze?
Vincoli cinematici, moti isocori
Tensione di riferimento (tensore di Piola) & Tensione effettiva (tensione di Cauchy).
Teorema di decomposizione polare; autospazio del tensore di deformazione e del tensore della tensione.
4) Meccanica dei solidi non lineare
Esempio risolto : solido iperelastico sottoposto a distorsioni; nozione di metrica “target’.
5) Risposta materiale
Esempio in esame: dall’energia elastica alla legge costitutiva per la tensione.
Materiali trasversalement isotropi. Materiali fibratis.
Esempio risolto: solido iperelastico fibrorinforzato sottoposto a trazione.
6) Dinamica dei fluidi
Le equazioni di Navier Stokes.
Esempio risolto: fluido viscoso in un canale; fluido attorno ad un ostacolo.
7) Interazioni solido-fluido: la teoria
Studio del problema: definizione e utilizzo del dominio mobile; scrittura del modello fisico-matematico per la
descrizione di un solido elastico immerso in un fluido.
8) Interazioni solido-fluido: la pratica
Esempio risolto: solido elastico immerso in un fluido.

Python

Acquisire competenze per l'implementazione al calcolatore di programmi ad alto livello nel linguaggio interpretato
Python. Conoscere i costrutti fondamentali di Python e la sua applicazione a casi d'uso legati al calcolo scientifico e
all'elaborazione dei dati.