Corsi organizzati dalla Scuola di Dottorato in Fisica a.a. 2007/2008 Ogni studente della Scuola di Dottorato in Fisica deve conseguire un minimo di 12 crediti, scegliendo: - almeno 1 corso obbligatorio a carattere generale (6 crediti) - altri corsi specialistici o a carattere specialistico tra quelli organizzati dalla Scuola di Dottorato. Corsi obbligatori a carattere generale Docente Corso Crediti V. Efros, R. Vallauri Teoria dello scattering 6 G.A. Prodi, R.S. Brusa Tecniche avanzate di fisica sperimentale 6 Inizio 19 febbraio 5 febbraio Corsi specialistici a scelta: Docente Corso Crediti Inizio 21 febbraio P. Fornasini Radiazione di sincrotrone e sue applicazioni 3 I. Lazzizzera Gruppo di rinormalizzazione 3 L. Pavesi Nanoscienze e nanotecnologie 3 S. Stringari Ultracold Fermi Gases 3 A. Miotello Energie rinnovabili e tecnologie basate sull’idrogeno 3 S. Zerbini Quantizzazione mediante integrali di cammino 3 P. Verrocchio Fisica dei vetri e transizione vetrosa 3 A. Zecca Cambiamenti Climatici 3 I. Lazzizzera, A. Gresele Fondamenti del modello standard e fisica ai collisionatori oggi (annessa gita al CERN) 3 G.A. Prodi Statistica applicata all’analisi dei dati 3 Giugno M.Ferrari Metodi ottici per la caratterizzazione di materiali 3 29 gennaio 2 aprile 19 febbraio 5 marzo 21 gennaio 18 febbraio 11 Febbraio 29 gennaio N.B. Inizio ed orari di questi corsi potranno essere concordati con il docente. Nota: Potranno essere organizzati altri corsi durante l’a.a., a seconda della disponibilità di docenti interni ed esterni. Ne verrà data opportuna comunicazione. Corsi a scelta tra tutti i corsi effettivamente attivati dalla Laurea Specialistica in Fisica nel II semestre dell’a.a. 2007/2008 (inizio 18 febbraio) Consultare il sito della Facoltà di Scienze: Portale Università di Trento Corsi a scelta di altre Lauree Specialistiche (Matematica, Ingegneria, ecc.) in sede o fuori sede, previa autorizzazione del Collegio dei docenti. 1 Teoria dello scattering V. Efros – R. Vallauri Parte I Docente prof. Victor Efros Programma da stabilire Parte II Docente Prof. R. Vallauri - scattering di radiazione e.m. e particelle da un sistema ad N corpi. Aspetto statistico del problema. Teorema di Van Hove per la sezione d'urto di scattering. Funzioni di correlazione, equazione di Langevin generalizzata. Rappresentazione della sezione d'urto in funzione dei momenti spettrali. Alcuni esempi: fluttuazioni di densità e corrente, scattering Rayleigh-Brillouin, Raman, etc. Tecniche avanzate di fisica sperimentale G.A. Prodi, R.S. Brusa Il corso è organizzato in un ciclo di 5 seminari di 4-5 ore ciascuno che affrontano argomenti di fisica sperimentale. Gli argomenti trattati saranno scelti fra le seguenti aree di ricerca: 1) Biofisica di singole molecole biologiche. 2) Bioimmagini. 3) Raffreddamento ed intrappolamento laser. 4) Limiti intrinseci di rumore in rivelatori di spostamento: rumore termico e rumore quantistico. 5) Antimateria: a) produzione ed esperimenti con antidrogeno; b) esperimenti a molti positroni c) tecniche per lo studio di open-volumes con positronio. 6) Applicazione di fasci di particelle in medicina. 7) Strumentazione per l’osservazione del cosmo: radiazione gamma e raggi cosmici ad alta energia. Radiazione di sincrotrone e sue applicazioni Paolo Fornasini 1 - Generalita' sulla Radiazione di Sincrotrone Emissione di radiazione elettromagnetica da cariche accelerate. Approssimazione di dipolo. Radiazione di frenamento (bremsstrahlung). Effetti relativistici. Radiazione di sincrotrone. Generatori di raggi x da laboratorio. Acceleratori lineari e circolari di particelle. Proprietà fondamentali della radiazione di sincrotrone: distribuzione angolare, distribuzione spettrale, struttura temporale, polarizzazione. 2. - Generazione e utilizzo della Radiazione di Sincrotrone Sincrotroni e anelli di accumulazione, struttura e principi base di funzionamento. Magneti curvanti. Insertion devices: wiggler e ondulatori. Free-electron laser. Origine delle proprieta' della radiazione di sincrotrone in funzione delle caratteristiche della sorgente. Linee di luce e componenti ottici per raggi X: monocromatori e specchi. Generatori di neutroni. Confronto tra le proprieta` dei neutroni termici e della radiazione di sincrotrone. Principali tecniche basate sulla Radiazione di Sincrotrone: scattering elastico e anelastico, spettroscopia di assorbimento e fotoemissione, formazione di immagini (radiografia e microscopia). 3 - Scattering elastico - diffrazione Generalita' sui fenomeni di scattering: sezioni d'urto elastiche ed anelastiche. Scattering di raggi X. Trattazione classica dello scattering Thomson e suoi limiti. Interferenza, fattore di scattering atomico. Scattering risonante e correzioni 'anomale' al fattore di scattering atomico. Effetto Compton. 2 'Wide angle scattering' da aggregati di atomi (cristallini e amorfi). Scattering da cristalli. Richiami di cristallografia. Fattore di struttura. Condizioni di interferenza di Laue, Bragg, Ewald. Diffrazione da cristallo singolo e da polveri. Scattering da amorfi. Formula di Debye. Funzione di distribuzione radiale e funzione di struttura. Sistemi mono-atomici e sistemi poli-atomici. 'Small angle scattering'. Vantaggi della radiazione di sincrotrone: studi in temperatura e pressione, studi di cinetica, cristallografia delle proteine, etc. Confronto con l'uso dello scattering elastico neutronico. Diffrazione coerente e incoerente di neutroni. 4 - Spettroscopia di fotoemissione Effetto fotoelettrico. Fotoionizzazione con raggi X o UV. Principi di base della spettroscopia di foto-emissione. Approssimazione ad un elettrone ed effetti a molti corpi. Aspetti sperimentali. Sorgenti da laboratorio e vantaggi della radiazione di sincrotrone. Differenti schemi di misura. Fotoemissione in fase gassosa. Fotoemissione da superfici solide, modello a tre step. Fotoemissione da livelli profondi. 5 - Spettroscopia X in assorbimento - EXAFS Soglie di assorbimento e loro strutture fini, XANES ed EXAFS Teoria dell'EXAFS. Approssimazione di 'single scattering', formula parametrizzata. Effetti del disordine termico e strutturale. Effetti di 'multiple scattering'. Aspetti sperimentali: set-up del laboratorio, differenti modalita' di misurazione. Analisi dei dati e interpretazione dei risultati. Principali applicazioni dell'EXAFS. Esempi. 6 - Scattering anelastico Impostazione generale dello scattering. Sezione d'urto intrinseca e funzione di scattering. Caso dei raggi X e caso dei neutroni. Hamiltoniana d'interazione e teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Scattering non risonante e risonante. Funzione di scattering statica e funzione di correlazione spaziale. Funzione di scattering dinamica e funzione di correlazione spazio-temporale. Eccitazioni di elettrone singolo: effetto Compton ed effetto Raman per raggi X. Eccitazioni collettive:calcolo della funzione di scattering per eccitazioni fononiche. Scattering anelastico di neutroni e di raggi X (confronto) Gruppo di rinormalizzazione Prof. I. Lazzizzera o o Introduzione ai concetti fondamentali. Applicazione a QCD. Nanoscienza e nanotecnologie Lorenzo Pavesi Introduzione e problematiche generali delle nanotecnologie. (1 ora) Le dimensioni nanometriche e i principali esempi Definizioni e storia Rassegna di alcune applicazioni industriali Fisica-chimica alle nanoscale: principali tools di simulazione (5 ore) Dall’atomo al cluster Dal cristallo al nanocristalli Effetti quantistici e correlazione alla scala nanometrica Nanofabbricazione (2 ore) top-down vs bottom-up Nanolitografia Molecular manufacturing Self-assembly and 'bottom-up' manufacturing 3 Strumenti di caratterizzazione e manipolazione (2 ore) Sonde a nanoprobe Nanomateriali. (5 ore) Carbon Nanotube Technologies (CNT) Polymers and organic molecules Surface and colloid chemistry Semiconductors Alcuni esempi di applicazioni (5 ore) Single electron transistor Cross bar switches Nanocluster fabrics Nano for bio Ultracold Fermi Gases S. Stringari Programma da stabilire Energie rinnovabili e tecnologie basate sull’idrogeno Antonio Miotello -Note generali sui consumi energetici mondiali relativi alle varie fonti di energia primaria. - Le prospettive offerte dalle energie rinnovabili: solare, biomassa, eolico, idroelettrico. - Il problema dell'immagazzinamento efficace delle energie rinnovabili. -La prospettiva dell'utilizzo del vettore idrogeno -Produzione di idrogeno -Termodinamica deI sistemi metallo-idrogeno -Immagazzinamento di Idrogeno (chemisorbimento dissociativo, trasporto, nucleazione di fasi idruro) -Utilizzo dell'idrogeno nelle celle a combustibile. Attività di laboratorio: - Formazione di idruri - La tecnica di Sievert per lo studio dei processi cinetici e termodinamici dell'idrogenazione - Cinetica del desorbimento termico dell'idrogeno. Quantizzazione mediante integrali di cammino S. Zerbini Programma da stabilire Fisica dei vetri e della transizione vetrosa P. Verrocchio Fenomenologia dei vetri: (2 ore) Rilassamenti non-esponenziali, dinamica Arrhenius e super-Arrhenius, misure calorimetriche, aging, effetti di memoria e ringiovanimento Approccio fenomenologico: (2 ore) Minimi e selle dell'energia potenziale, proprieta' statistiche delle barriere di energia Teoria Mode-Coupling della transizione vetrosa: (2 ore) Transizione dinamica, Scaling e universalita' Campo Medio (Statica): (2 ore) Vetri di spin, rotttura della simmetria delle repliche Campo Medio (Dinamica): (2 ore) Vetri di spin e teoria Mode-Coupling, rottura debole dell'ergodicita' Oltre il campo medio: scenario dinamico: (2 ore) 4 Eterogeneita' dinamiche Oltre il campo medio: scenario termodinamico: (2 ore) Entropia configurazionale, potenziali termodinamici non convenzionali Legame tra termodinamica e dinamica fuori dall'equilibrio: (1 ora) Generalizzazione del teorema di fluttuazione-dissipazione Natura della transizione di fase vetrosa: (2 ore) Transizioni del 1 ordine random, mosaico di stati metastabili, lunghezze caratteristiche divergenti Fononi nei vetri (reticoli disordinati): (2 ore) Scattering con difetti localizzati Fononi nei vetri (disordine topologico): (2 ore) Scattering anomalo fonone-disordine, ibridizzazione tra fononi e modi non propaganti, Boson Peak Cambiamenti climatici Antonio Zecca 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Teorie delle glaciazioni Dinamica dei ghiacci in Antartide e in Groenlandia (sottotitolo: stabilità del West Antarctic Ice Sheet) Trends nelle temperature medie globali e in altre serie temporali. Livello del mare: proiettare l' innalzamento futuro. Aerosols e clima: l' impatto a livello locale e a livello globale delle misure di mitigazione. Prezzo del petrolio: proiezioni a medio-lungo termine. Il clima nel Trentino. Fondamenti del modello standard e fisica ai collisionatori oggi I. Lazzizzera Programma da stabilire Statistica applicata all'analisi dei dati G. Prodi Obiettivi formativi specifici Il corso approfondisce le conoscenze statistiche utilizzate per affrontare le problematiche relative all'analisi dei dati in fisica sperimentale. Saranno discusse le sorgenti di rumore intrinseco che limitano la precisione delle misure fisiche. Contenuti del corso Probabilità e variabili aleatorie (definizione assiomatica, condizionamento ed indipendenza, interpretazione frequentista classica e bayesiana, densità di probabilità, funzioni caratteristiche) Test delle ipotesi (test lineari, bontà del fit) Stimatori (proprietà e metodi costruttivi, massima verosimiglianza) Inferenza bayesiana Intervalli di confidenza (livelli di confidenza, coverage, confidence belt) Processi stocastici e sistemi lineari (autocorrelazione, spettro di potenza, processi stazionari e non stazionari, stime spettrali, metodi lineari di analisi tempo-frequenza) Cenni / esempi di Rumore in sistemi lineari (sorgenti di rumore, limiti fondamentali, amplificatori, trasduttori) Estrazione di segnale dal rumore (filtri lineari, cenni sui sistemi non stazionari) sorgenti di rumore nella misura di grandezze fisiche: rumore additivo e di retroazione del sistema di misura, rumori termici, rumore shot, rumore quantistico Prerequisiti Sono utili prerequisiti le conoscenze di base di statistica affrontate nel corso di Laboratorio di Fisica I e di sistemi lineari affrontate nel corso di Laboratorio di Fisica III Metodi didattici Lezioni frontali con esercitazioni. La valutazione finale consiste in un esame orale. Incoraggeremo l'applicazione delle conoscenze acquisite nel corso a specifiche problematiche di analisi dei dati in esperimenti di interesse dello studente. 5 Modalità di verifica dell’apprendimento esame orale Testi di riferimento Per la parte di probabilità e statistica: - G.Cowan, Statistical Data Analysis, Oxford University Press (1998) - Ulteriore documentazione generale è disponibile su web, in particolare sul sito del Particle Data Group (http://pdg.lbl.gov/ metodi matematici > probability, statistics) Per la parte di analisi di segnali (serie temporali): A.Papoulis, Analisi dei segnali, Boringhieri o in lingua originale Signal Analysis, McGraw-Hill Un testo generale consigliato è A.Papoulis, Probabilità, variabili aleatorie e processi stocastici, Boringhieri o in lingua originale Probability, random variables and stochastic processes, McGraw-Hill Ulteriori informazioni [email protected] Metodi ottici per la caratterizzazione di materiali (programma provvisiorio) M. Ferrari 1) Introduction to Glass Photonics 2) Photonics devices fabrication and assessment 3) Spectroscopic diagnostic All the arguments will be enriched by direct activity in CSMFO CNR-IFN laboratory where the student will be involved in research and development activity. 6