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Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche

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Academic year: 2021

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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 

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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 

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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 

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