Campus Invernale
Matematica Fisica Astrofisica
E Nuove Tecnologie
19-21 Dicembre 2014
Bardonecchia
Da Galileo al Bosone di Higgs:
Il filo conduttore di quattro secoli di scienza
Wanda M. Alberico
Dipartimento di Fisica dell'Università di Torino
Scuola di Scienze della Natura
Galileo Galilei (1564-1642)
«La filosofia è scritta in questo grandissimo libro
che continuamente ci sta aperto innanzi a gli occhi
(io dico l'universo),
ma non si può intendere se prima non s'impara
a intender la lingua, e conoscer i caratteri, ne' quali è scritto.
Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son
triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche,
senza i quali mezzi è impossibile a intenderne
umanamente parola; senza questi è un
aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.»
(Il Saggiatore)
Il Metodo Sperimentale
Osservazione: serve a inquadrare il fenomeno che si vuole
studiare e a raccogliere informazioni al suo riguardo.
Misurazione: La misurazione con l’uso di strumenti rende le
osservazioni più precise e utili alle ricerche. Non basta dire, per
esempio, "l’acqua è calda", ma occorre stabilire "quanto è calda"
usando il termometro per misurarne la temperatura in quel
determinato momento.
Formulazione di un ipotesi: Sulla base delle osservazioni e dei
dati raccolti è possibile farsi un’idea del fenomeno studiato e
cercare di darne una spiegazione, cioè formulare un’ipotesi.
Verifica Sperimentale: consiste nel realizzare un’esperimento per
verificare la correttezza dell’ipotesi fatta. Se il risultato non
conferma l’ipotesi è necessario formularne una più corretta
rispetto a quella precedente.
E Galileo osserva, … e misura,...
e confronta con i modelli dell'Universo
Nel Sidereus Nuncius descrive la costruzione del primo
cannocchiale usato per scopi scientifici, e poi le grandi
sorprese che il cielo stellato disvela attraverso il nuovo
strumento: i quattro satelliti di Giove, le asperità della
superficie lunare, le macchie solari, le fasi di Venere:
Tutto concorda con il modello di
Copernico, il Sole è al centro
dell'Universo e la Terra, come
Giove e Saturno e Venere,
ruotano intorno al Sole e non
Sono sfere perfette come
sostiene Aristotele
Isaac Newton (1642 – 1727)
regolano il mondo:
Newton trova le leggi che
Primo principio (di inerzia): Ogni corpo persevera nello
stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, a meno che
non sia costretto a cambiare da forze impresse a mutare
questo stato (principio di inerzia)
Secondo principio (variazione del moto) Il cambiamento
di moto è proporzionale alla forza motrice impressa e
avviene secondo la linea retta lungo la quale la forza è
stata impressa (F=ma)
Terzo principio (di azione e reazione) A ogni azione
corrisponde una reazione uguale e contraria.
E la legge di gravitazione universale:
Per la prima volta fenomeni terrestri e celesti sono
unificati e obbediscono un'unica, semplice relazione
matematica: la Luna e la mela cadono verso la Terra
seguendo la stessa legge, soggette alla stessa causa
motrice: la gravità.
Definisce lo spazio, il tempo, i sistemi di riferimento
inerziali, studia i sistemi complessi, l'attrito, spiega le
maree, la forma schiacciata della Terra...
E cerca di scoprire i segreti della luce e dei colori,
inventa un nuovo strumento per esplorare i cieli, il
telescopio a riflessione, più potente e compatto del
cannocchiale di Galileo.
E inventa il calcolo differenziale e integrale, le serie
numeriche, … ma anche la zigrinatura delle monete d'oro
per evitare che vengano limate e alleggerite...
James Maxwell
(1831-1879)
Newton ha “messo a punto” tutta la meccanica: celeste e terrestre,
ma altri fenomeni attendono di essere spiegati in termini
quantitativi e matematici: quelli elettrici e magnetici. Sono
fenomeni difficili da controllare, richiederanno il contributo e le
ricerche di molti scienziati. Nel 1865 Maxwell scrive le sue famose
equazioni:
Elettricità e magnetismo sono riunificati nelle leggi
dell'elettromagnetismo.
Albert Einstein
(1879-1955)
Due secoli sono trascorsi dall'opera di Galileo, ma i 150 anni
che ci dividono dalle equazioni di Maxwell sono densi di idee
e di progressi che si accumulano a ritmo sempre più serrato.
L'opera di Einstein irrompe nel mondo scientifico da un
oscuro ufficio brevetti di Berna e nel 1905 segna la nascita di
due nuovi modi di concepire la realtà fisica:
1. con la spiegazione dell'effetto fotoelettrico i quanti di luce
acquistano dignità di enti reali, è l'anello di congiunzione tra
l'ipotesi di Planck e la Meccanica quantistica
2. il lavoro sull'elettrodinamica delle cariche in movimento da'
invece origine alla teoria della relatività.
Relatività
Già la relatività ristretta rivoluziona i concetti della fisica
classica: l'Universo è un mondo in 4 dimensioni, alle 3
spaziali si mescola il tempo, con conseguenze tutt'altro che
intuitive.
Massa ed energia sono la stessa realtà fisica, come
nell'equazione più famosa:
E=mc²
(c= velocità della luce)
Ma Einstein non si accontenta di considerare i sistemi
inerziali, vuole applicare il principio di relatività anche ai
sistemi accelerati, ed approda alla relatività generale con un
principio di equivalenza tra sistemi accelerati e sistemi
soggetti a gravità.
L'equazione dell'Universo
La gravitazione di Newton è superata, il campo gravitazionale
è generato dalle masse e cambia la struttura geometrica
dell'universo: la massa incurva lo spazio.
L'osservazione di una stella nascosta durante un'eclissi
solare del 1919 consacra il genio di Einstein.
1922 il matematico russo Alexander Friedmann propone una soluzione
corrispondente ad Universo dinamico, in espansione: nasce la teoria del
Big Bang
1929, queste idee teoriche trovano una clamorosa conferma
sperimentale nella scoperta di Hubble secondo il quale le galassie si
allontanano da noi ad una velocità proporzionale alla loro distanza
1964 i due radioastronomi Penzias e Wilson scoprono casualmente la
radiazione di fondo cosmica, cioè la radiazione elettromagnetica residua
prodotta dal Big Bang che permea tutto l’universo.
Elettrodinamica Quantistica
Richard Feynman e i suoi diagrammi
Il Modello Standard
Le interazioni nel modello Standard
e il meccanismo di Higgs
Prof. Higgs
Dal Cannocchiale di Galileo al LHC del CERN
Corso di Studi in Fisica
Primo livello
Laurea triennale in Fisica (180 c.f.u.)
Biennio comune
Possibilità di diversificazione con scelte di 4 corsi al terzo anno
Laurea triennale in Ottica e Optometria (180 c.f.u.)
Laurea professionalizzante
accesso diretto al mondo del lavoro
Corso di Studi in Fisica
Secondo Livello
2 Lauree Magistrali:
Laurea magistrale in Fisica (120 c.f.u.) articolata in 3 curricula:
Astrofisica e Fisica Teorica
Fisica dell’Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Fisica Nucleare e Subnucleare e Biomedica
Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei Sistemi Complessi
Universita' di Torino & Università del Piemonte Orientale
Studio e modellizzazione di fenomeni complessi naturali e non
