Allegato B2
Quadro degli obiettivi formativi specifici degli insegnamenti
e delle propedeuticità
Corso di Laurea specialistica in FISICA COMPUTAZIONALE
Rau, art. 12, comma 2, lettera b)
N.
Insegnamento
Settore
Obiettivi formativi specifici
SSD
1
Analisi Numerica
MAT/08
2
Cosmologia e Astrofisica
delle Particelle
FIS/05
3
Chimica
CHIM/03
4
Complementi di
Meccanica
FIS/01
5
Dinamica Molecolare
FIS/03
Propedeuticità
rispetto
all’insegnam.
n.
L’obiettivo del corso è di dare la possibilità di
conoscere, analizzare e sperimentare i principali
metodi numerici per la risoluzione di alcuni problemi
della matematica del continuo. Al termine del corso lo
studente saprà affrontare i problemi legati alla
finitezza delle risorse di calcolo di un elaboratore, in
particolare quelli legati a questioni di complessità
computazionale, stabilità e condizionamento; saprà
stimare l'attendibilità dei risultati ottenuti e fornire
un’interpretazione degli stessi.
La ricerca di punta sta volgendo molta attenzione alla
"astroparticle physics", ossia allo studio delle
interazioni di particelle provenienti dal cosmo. Tali
particelle hanno energie oltre il miliardo di TeV, ottonove ordini di grandezza superiori a quelle che l'uomo
è capace di ottenere. L'energia raggiungibile, e quindi
il potenziale di scoperta, dell'Astrofisica delle
Particelle è quindi svariati ordini di grandezza più
grande di quello della fisica agli acceleratori. Scopo
del corso è di introdurre lo studente alla conoscenza
delle sorgenti cosmiche di particelle di alta energia e
di discutere i meccanismi di accelerazione, e di
passare criticamente in rassegna i diversi strumenti per
la rivelazione e lo studio dei raggi cosmici.
Il corso si prefigge l’obiettivo di fornire allo studente
le nozioni basilari della Chimica Generale, in
particolare i fondamenti della struttura della materia e
dello studio delle sue possibili trasformazioni
chimiche e chimico-fisiche. In tale quadro viene dato
notevole risalto alla struttura molecolare (ed alle sue
basi teoriche) ed all’equilibrio chimico. Sono
approfonditi anche i concetti di orbitale atomico e
molecolare, con una elementare introduzione ai
modelli correnti.
L’obiettivo del corso è duplice: in una prima parte
vengono esposti gli aspetti essenziali della meccanica
lagrangiana e hamiltoniana; in una seconda parte
vengono affrontate tematiche più moderne legate ai
sistemi dinamici, inclusi aspetti legati all’ integrabilità
e al caos. Il corso prevede inoltre che tutto il materiale
venga affrontato nell’ottica del fisico computazionale,
fermo restando il rispetto del necessario rigore
dell’apparato matematico, con numerose applicazioni
di tipo numerico.
Il corso presenta il metodo della dinamica molecolare,
utilizzato in fisica dei materiali e biochimica per
simulare l'evoluzione temporale di sistemi costituiti da
atomi interagenti. Ciò consente lo studio di proprietà
strutturali, dinamiche, statistiche e termodinamiche di
sistemi in varie geometrie e condizioni di fase,
1
6
Fisica delle Alte Energie
FIS/04
7
Fisica Moderna
FIS/01
8
Fluidodinamica
Computazionale
FIS/01
9
Informatica Generale 1
INF/01
pressione, temperatura etc. Vengono introdotti i
fondamenti teorici del metodo e le tecniche necessarie
per la stesura di programmi efficienti. Vengono
inoltre descritti i metodi per estrarre informazioni dal
sistema quali grandezze termodinamiche e funzioni di
correlazione, analizzare eventi speciali (ad esempio, la
migrazione di difetti puntiformi in un cristallo), e
utilizzare "annealing simulato" per trovare strutture
ottimali in energia.
Vengono infine illustrati i potenziali utilizzati per
modellare in modo le interazioni tra atomi senza
introdurre esplicitamente i gradi di libertà elettronici.
Scopo del corso è quello di dare agli studenti una
buona conoscenza della elettrodinamica quantistica
con capacità di calcolo dei diagrammi di Feynman
relativi ai processi più semplici. Sulla base di una
discreta comprensione della QED, si passa poi a dare i
fondamenti della teoria elettrodebole e della
cromodinamica quantistica. Alla fine del corso lo
studente dovrebbe avere acquisito abbastanza
conoscenze da potere eseguire il calcolo di sezioni
d'urto e produzioni di eventi nella QED e nelle teorie
di gauge per applicazione agli esperimenti di fisica
delle alte energie.
Lo scopo principale del corso è di fornire gli elementi 15
di base della dinamica relativistica (nell’ambito della
relatività speciale) e della fisica quantistica, fino a
dare una descrizione semiquantitativa dei modelli
correnti sulla struttura della materia e sulla fisica delle
interazioni fondamentali e delle particelle elementari.
L’esposizione della meccanica quantistica inizia
seguendo un approccio storico (corpo nero e costante
di Planck; natura corpuscolare della radiazione, natura
ondulatoria delle particelle) e arriva fino al
formalismo matematico della funzione d’onda e
all’equazione di Schrödinger, che viene risolta per
potenziali semplici.
La fluidodinamica computazionale è utile a progettisti
e ricercatori nei settori aeronautico, automobilistico,
motoristico, elettronico, spaziale, navale, dell'industria
di processo, dell'energia e dell'ambiente, dell'industria
degli elettrodomestici e della bioingegneria. Lo scopo
del corso di fluidodinamica computazionale è quello
di fornire le cognizioni analitiche e numeriche
correlate agli aspetti fisico-matematici della dinamica
dei fluidi. Queste cognizioni sono indispensabili per
coloro che intendano occuparsi di fluidodinamica
computazionale sia sviluppando direttamente software
che utilizzando software esistente di ricerca o
commerciale.
L'obiettivo del corso è quello di fornire un nucleo di 8, 10, 11
conoscenze che costituiscano una solida base, corretta
e bilanciata, su cui sviluppare successivamente
competenze specialistiche. Nella prima parte del
corso, dopo qualche richiamo sulla rappresentazione
dell'informazione e sulla architettura hardware e
software di un sistema di calcolo, vengono introdotti i
concetti, i principi e le metodologie che permettono di
programmare in maniera razionale e consapevole.
Nella seconda parte del corso si presentano le basi
tecnologiche e le principali caratteristiche di impiego
delle reti di calcolatori e di Internet. Dopo aver
superato l'esame si ritiene che lo studente: a) sia
capace di attuare il percorso che unisce un problema
che richiede l'elaborazione di informazione al
2
10
Informatica Generale 2
INF/01
11
Lab. Acquisizione e An.
Dati
FIS/01
12
Lab. di Analisi dei Dati
FIS/01
13
Laboratorio di Elettronica FIS/01
14
Laboratorio di
Strumentazione e Misure
Fisiche
FIS/01
programma che lo risolve (definizione del problema,
formalizzazione, specifica dell'algoritmo, scrittura del
programma - nel linguaggio C o C++ - e sua
esecuzione) e b) sappia usare i principali servizi di
Internet.
Scopo del corso è quello di sviluppare alcune
competenze specialistiche attraverso la trattazione di
due argomenti avanzati: i sistemi operativi e i sistemi
di gestione di basi di dati.
Per quanto riguarda il primo argomento, si
approfondiscono le conoscenze relative alla
architettura di un sistema operativo e ai metodi e alle
tecniche usate per la gestione e la virtualizzazione
delle risorse di un sistema di calcolo al fine di
sviluppare nello studente la capacità di analizzare e
valutare le proprietà di un sistema operativo assegnato
sia rispetto ad altri sistemi sia rispetto l'uso previsto
dall'utente. Piuttosto che focalizzarsi su un sistema o
una piattaforma hardware particolare vengono
presentati e studiati diversi esempi che riguardano
alcuni tra i sistemi operativi più diffusi (UNIX, Linux,
Windows NT, MacOs, QNX).
Per quanto riguarda il secondo argomento, l'obiettivo
del corso è quello di fornire allo studente le
conoscenze di natura teorica e pratica necessarie per la
analisi, la comprensione e l' uso di un sistema di
gestione di basi di dati di tipo relazionale ed alcuni
elementi di base relativi alla metodologia di
progettazione (concettuale, logica e fisica) di una base
di dati.
Scopo del corso è di fornire i principi di acquisizione
ed elaborazione di dati in fisica, assieme ad elementi
di modellizzazione ed analisi. Finalità specifiche di
carattere teorico sono la capacità di riconoscere le
funzionalità e le caratteristiche principali di una catena
di acquisizione, dei sistemi di filtering dei dati e di
storing; l'acquisizione di conoscenze di base dei
metodi di analisi dei dati (analisi statistica,
modellizzazione,
feature
extraction,
pattern
recognition). Tra le finalità di carattere pratico il saper
progettare e gestire semplici sistemi di acquisizione,
sviluppati in ambienti commerciali dedicati e il saper
selezionare, correlare e caratterizzare fisicamente dati
sperimentali.
Scopo del corso è di fornire le metodologie di analisi
di dati sperimentali, con particolare riguardo
all’analisi degli errori casuali ed alla propagazione di
questi ultimi, alla separazione segnale-rumore, alla
stima parametrica, all’analisi delle serie temporali,
all’analisi multivariata, al confronto dei dati
sperimentali finali con le previsioni teoriche,
all’analisi degli errori sistematici, al riconoscimento
dei dati errati. Particolare attenzione è posta all’uso
pratico delle metodologie suddette.
Scopo del corso è di fornire la conoscenza degli
strumenti fondamentali dell’elettronica, dagli elementi
classici (resistenza, capacità, induttanza) fino a quelli
sviluppati grazie alla tecnologia dei semiconduttori. Il
corso è accompagnato da una parte pratica che
consiste nella progettazione di semplici strumenti
basati su circuiti integrati disponibili sul mercato.
Lo scopo principale di questo corso è quello di
introdurre i metodi di misura e di completare con una
parte sperimentale i corsi di Fisica. In una prima parte
si parla di misura (in particolare misure meccaniche ed
3
15
Meccanica Quantistica
FIS/02
16
Meccanica Statistica 1
FIS/03
17
Meccanica Statistica 2
FIS/03
18
Metodi Monte Carlo
FIS/03
19
Modellistica e
Simulazione
ING-INF/04
elettriche con i relativi strumenti, in particolare
multimetro e oscilloscopio) e di tecniche di analisi dei
dati sperimentali. In una seconda parte si svolgono
esperimenti, che vanno dai classici esperimenti che
consentono di conoscere meglio gli strumenti (ad
esempio le misure su un circuito RLC) fino ed
esperimenti come la misura della costante di Planck
dallo spettro di corpo nero.
Lo scopo del corso è la trattazione di generali di 23
meccanica quantistica affrontati
attraverso la
risoluzione numerica di problemi
elementari che
spaziano da problemi unidimensionali, a quelli a
simmetria sferica fino ad applicazioni alla struttura
elettronica di atomi a più elettroni in campo medio
autoconsistente.
Particolare enfasi viene messa nella caratterizzazione
della teoria in termini di simmetrie, e alla trattazione
semplificata di sistemi complessi.
Scopo del corso è quello di portare lo studente alla 17, 5
comprensione dei principi alla base della
termodinamica e di dotarlo delle conoscenze teoriche
necessarie ad affrontare l'approccio statistico. Nella
prima parte del corso, dopo qualche richiamo di
termodinamica macroscopica, vengono introdotti i
principi statistici microscopici, gli insiemi statistici e il
ruolo delle fluttuazioni. I concetti, le tecniche e la
terminologia sono proposti in una sequenza che rende
naturale la comprensione dei principi della meccanica
statistica e le modalità con cui essi vengono applicati.
Si passa quindi allo studio dei sistemi di particelle non
interagenti e alle transizioni di fase. Viene infine data
un'introduzione al metodo Monte Carlo.
Durante il corso vengono risolti e proposti esercizi di
difficoltà crescente in modo da rendere familiari i
concetti proposti.
Questo corso ha l'obiettivo di fornire allo studente le
conoscenze ed i mezzi necessari ad affrontare
problemi di molte particelle interagenti, in regime
quantistico, con tecniche stocastiche. L'enfasi
principale è sulla predizione di proprietà di stato
fondamentale, con metodi di Monte Carlo quantistico
che hanno analogie strette con problemi classici di
diffusione. Saranno anche dati cenni al trattamento di
sistemi a temperatura finita, con il metodo (Monte
Carlo) degli integrali sul cammino. Una fetta
consistente del corso consisterà nel trattamento
numerico di problemi semplici da parte degli studenti,
debitamente guidati ed assistiti.
Lo scopo del corso è di dare un' esposizione delle basi
del Metodo Monte Carlo nonché di discuterne gli
aspetti e le strategie computazionali su un numero
sufficientemente rappresentativo di casi relativi ad
ambiti applicativi diversi in fisica computazionale
(calcolo mediante campionamento stocastico di
integrali multidimensionali relativi ad applicazioni di
meccanica quantistica e statistica, simulazione di
processi diffusivi e di trasporto). Particolare enfasi è
data ad applicazioni dei metodi basati sui processi di
Markov nell'ambito della meccanica statistica.
Esercitazioni (assistite) al calcolatore fanno parte
integrante del corso.
L'obiettivo principale è l'illustrazione del processo di
costruzione di un modello attraverso la discussione di
una serie di esempi non banali (a tempo continuo e
discreto, lineari o non lineari, con equazioni
4
20
Particelle e Interazioni
Fondamentali
FIS/04
21
Quantum Computing
FIS/02
22
Struttura della Materia 1
FIS/01
23
Struttura della Materia 2
FIS/03
24
Meteorologia Applicata
FIS/06
differenziali ordinarie o alle derivate parziali).
Particolare attenzione è rivolta alla valutazione critica
del campo di validità del modello, ai problemi
computazionali
connessi
e
all'intreccio
tra
ragionamento formale e intuizioni relative alla fisica
del sistema da modellare. La parte finale del corso è
dedicata alla simulazione di tali modelli.
Scopo del corso è di fornire gli elementi di base della 6, 2
fisica delle particelle e dei campi. Si parla in
particolare di costituenti fondamentali della materia e
di interazioni che coinvolgono radiazione e materia.
Gli argomenti vengono affrontati in un’ottica
sperimentale (rivelatori di particelle) e in un’ottica
teorica (principi di invarianza e leggi di
conservazione, simmetrie discrete e costruzione delle
lagrangiane, modello standard). In un laboratorio
viene affrontato un problema di analisi dei dati per un
esperimento di fisica delle alte energie, con dati presi
da uno degli esperimenti “di punta”.
Scopo del corso è introdurre il paradigma di calcolo
della computazione quantistica, che consente di
sfruttare le caratteristiche della logica quantistica per
ridurre la complessità computazionale di determinati
problemi. Vengono presentati i teoremi fondamentali
del quantum computing e alcuni algoritmi in
letteratura; infine viene discussa la realizzabilità
pratica di computer quantistici.
Lo scopo del corso è la trattazione di argomenti di 23, 5
base della fisica atomica, molecolare e dello stato
solido, con particolare riguardo alle proprietà
elettroniche che verranno presentate nell'ambito di un
approccio basato sul formalismo della Meccanica
Quantistica.
Lo scopo del corso è di presentare vari metodi di
calcolo di struttura elettronica, con particolare
attenzione alla teoria del funzionale densità,
illustrandone
l'applicazione,
tramite
algoritmi
numerici, al calcolo di alcune proprietà di sistemi
reali: atomi, molecole e solidi cristallini.
Scopo del corso di meteorologia applicata è di fornire
conoscenze generali sui principi della circolazione
nell’atmosfera, della statistica e dell’analisi dei dati
metereologici attraverso modelli concettuali. Il corso
comprende una sezione finale specifica sulla
radarmeteorologia. Una parte integrante è costituita da
esempi computazionali ispirati da problemi della
climatologia regionale.
Note
1) Da deliberarsi in sede di approvazione del Regolamento del corso di laurea specialistica da parte del Senato Accademico su
proposta della Facoltà e del relativo Consiglio di Corso di Laurea specialistica secondo le modalità previste dall’art. 11, comma
secondo, della Legge 341/1990 e da emanarsi con Decreto rettorale.
2) Gli obiettivi formativi specifici devono essere descritti mediante un testo compreso tra le 5 e le 10 righe, per un totale di
battute comprese tra le 500 e le 1000.
5
