Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche
Proposte percorso di eccellenza della laurea magistrale in Fisica A.A. 2013/2014
1) Astrofisica degli oggetti compatti Contenuto/Svolgimento:
Stella Relativistiche; Tensore di Metrica nel caso statico e a simmetria sferica; Tensore Energia‐
Momento della materia; Derivazione e Comprensione delle Equazioni di Oppenheimer‐Volkoff;
Equazione di stato per le stelle di neutroni; Risoluzione pratica delle equazioni di strutture in un caso specifico di stella di neutroni; Discussione dei risultati.
Docenti: F. Villante, L. Pilo e G. Pagliaroli (LNGS)
2) Formazione di strutture nell'universo Contenuto/Svolgimento:
Funzioni di correlazione e power spectrum. Equazioni di Eulero per un fluido pesante, perturbazioni lineari. Instabilità di Jeans. Fluidi multicomponenti: fotoni + dark matter, dark matter + barioni. Regime non lineare, cenni. Introduzione alle perturbazioni in relatività generale.
Evoluzione lineare delle perturbazioni. Propagazione dei fotoni in un universo quasi omogeneo, principali caratteristiche del fondo cosmico di radiazione.
Docente: L. Pilo
3) Fisica particellare ed astroparticellare oltre il modello standard Contenuto/Svolgimento:
Modelli di grande unificazione e supersimmetria, problema di gerarchie, problema di flavor, masse e mixing di fermioni e violazione CP, violazione di numero barionico e leptonico masse di neutrini e decadimeto protone, bariogenesi/leptogenesi primordiale.
Docente: Z. Berezhiani
4) Astrofisica dei Raggi Cosmici Docente: S. Petrera
5) Misura delle costanti dielettriche di un film sottile mediante caratterizzazione ottica Contenuto/Svolgimento:
Lo studente dovrà approfondire l'interazione onde elettromagnetiche‐solidi e dovrà preparare film sottili (come Al o Au) e misurarne la riflettività ottica nell'intervallo UV‐VIS e da queste misure, mediante trasformate di Kramers‐Kronig, determinare le costanti dielettriche.
Docente: L. Lozzi
6) Proprietà Magnetiche della Materia Docente: F. D’Orazio
7) Fotometria solare per misura continuativa in un network mondiale (AERONET) dello spessore ottico degli aerosols dall'UV all'infrarosso
Contenuto/Svolgimento: Sperimentale Docente: V. Rizi
8) Onde nei plasmi Contenuto/Svolgimento:
Trattazione sistematica, mediante differenti approcci, dei vari tipi di onde che possono svilupparsi nei plasmi in diversi regimi di frequenza. Oltre ad una rivisitazione di fenomeni quali le onde magnetoidrodinamiche, le onde elettromagnetiche nei plasmi e le whistlers, già affrontati nel Corso di Laurea, verranno studiate le “Langmuir waves”, “Ion acoustic waves”, “Upper hybrid waves”, “Electrostatic ion cyclotron waves”, “Lower hybrid waves”.
Docenti: M. Vellante, U. Villante
9) Dinamica della Magnetosfera Contenuto/Svolgimento:
Approfondimenti su: Riconnessione magnetica; sistemi di corrente magnetosferici; tempeste e sottotempeste; manifestazioni aurorali; instabilità.
Docenti: U. Villante, P. Francia
10) Dinamica molecolare in liquidi Contenuto/Svolgimento:
Calcolo con tecniche di Dinamica Molecolare del coefficiente di auto‐diffusione molecolare di un liquido (acqua) in funzione della temperatura. Verifica sperimentale con spettroscopia a Risonanza Magnetica Nucleare
Docenti: Dott.sse Casieri e Daidone
11) Metodo Path Integral Monte Carlo e simulazione della transizione superfluida nell'elio 4.
Contenuto scientifico: la fisica dell'elio a basse temperature è stata ed è tuttora di grande interesse per la sua unicità. Infatti l'elio è il solo elemento naturale che quando viene raffreddato (a pressioni non troppo alte) non cristallizza ma permane nello stato fluido, passando però ad una nuova fase fluida, conosciuta come superfluida. Nell'elio 4 (bosone), la fase superfluida si presenta a temperature dell'ordine del Kelvin (~2.5K a tre dimensioni) mentre per l'isotopo meno abbondante in natura, l'elio 3 (fermione) la transizione avviene nel range dei milli‐Kelvin. La comprensione di questo fenomeno spettacolare, conseguenza della manifestazione macroscopica del comportamento quantistico del sistema, è stato un grande successo della fisica teorica della seconda metà del secolo scorso. In particolare il lavoro di Feynman con la sua tecnica degli integrali di cammino ha permesso di comprendere le connessioni tra questa transizione (nell'elio 4) e la transizione di Bose‐Einstein di un gas ideale di bosoni. Lo studio della fisica dell'elio e della superconduttività sono state le motivazioni principali per lo sviluppo delle tecniche sperimentali delle basse temperature che in anni più recenti hanno dato vita alla produzione in laboratorio di stati esotici della materia.
Contenuto didattico: lo studente acquisirà le basi del metodo degli Integrali di Cammino di Feynman (Path Integrals) per la Meccanica Statistica di sistemi quantistici e del Monte Carlo di
Metropolis in Meccanica Statistica. La combinazione di queste due tecniche da origine al metodo Path Integral Monte Carlo necessario per simulare sistemi a molti corpi quantistici interagenti, e quindi per studiare il comportamento fisico di tali sistemi. Nel caso in esame si studierà la transizione dal fluido normale al superfluido nell'elio 4 in fase densa.
Prerequisiti: per accedere a questo percorso è necessario aver seguito il corso di meccanica statistica, o avere comunque delle nozioni di meccanica statistica avanzata di sistemi classici e quantistici e di conoscere la teoria delle transizioni di fase.
Docente: Prof. Pierleoni
12) Modelli coarse‐grained di polimeri lineari soggetti a forze di allungamento
Contenuto scientifico: per spiegare il comportamento elastico di materiali morbidi come gomme o plastiche si fa spesso ricorso a modelli fisici semplificati di catene lineari sottoposti a forze di stiramento. Tali modelli, trascurando il dettaglio chimico dei polimeri organici per usi industriali, conservano la proprietà saliente delle macromolecole ossia la connettività topologica e l'interazione sterica tra elementi diversi delle catene. Grazie all'esistenza di un comportamento auto‐simile a diverse scale di lunghezza, e di conseguenti leggi di scala per le proprietà fisiche delle catene lineari, questi modelli sono in grado di rappresentare correttamente la fisica a larga scala di sistemi polimerici e sono stati storicamente impiegati (Flory, deGennes) per caratterizzare il comportamento fisico di sistemi polimerici in un ampio range di condizioni fisiche. Nei sistemi complessi e nella cosiddetta "materia Soffice" (Soft Matter), i polimeri sono spesso solo una delle componenti del sistema. Pensiamo ad esempio alle soluzioni di polimeri e colloidi con dimensioni spesso molto maggiori dei polimeri stessi. Per studiare tali sistemi è necessario essere in grado di rappresentare correttamente la fisica in un ampia gamma di scale spaziali che richiede di considerare sistemi con un enorme numero di gradi di libertà, e quindi molto difficili da simulare.
Per queste ragioni dall'inizio degli anni '90 si sta investendo moltissimo su modelli coarse‐grained, in cui si opera una decimazione dei gradi di libertà, in maniera più o meno consistente, con conseguente riduzione dello sforzo computazionale del calcolo. In particolare è stata recentemente sviluppata una strategia di coarse‐graining per catene lineari che è completamente consistente e trasferibile a diverse scale di lunghezza e a diverse densità fisiche del sistema. Tale strategia è stata finora applicata a studiare soluzioni omogenee di polimeri e soluzioni di polimeri e colloidi sferici non‐assorbenti. Sarebbe interessante estendere tale metodo allo studio di polimeri sotto tensione, studio che aprirebbe la strada all'applicazione del metodo e sistemi più complicati come reti di polimeri e/o spazzole (brushes) di polimeri ancorati ad una parete.
Contenuto didattico: lo studente acquisirà le basi della fisica dei polimeri, del metodo Monte Carlo di Metropolis e di alcune sue varianti per catene lineari. Inoltre sarà necessario acquisire una profonda conoscenza della legge di elasticità per catene lineari nei vari regimi fisici e capire che livello minimo di coarse‐graining è necessario per riprodurre correttamente la legge di elasticità universale conosciuta.
Prerequisiti: per accedere a questo percorso è necessario aver seguito il corso di meccanica statistica, o avere comunque delle nozioni di meccanica statistica avanzata di sistemi classici e di conoscere il metodo del gruppo di rinormalizzazione in Meccanica Statistica.
Docente: Prof. Pierleoni