Introduzione all`Indirizzo Teorico della Laurea Magistrale in Fisica

Introduzione all’Indirizzo Teorico
della Laurea Magistrale in Fisica
M. Gasperini
Bari, Maggio 2012
1
Sommario
Piano di studi
Contenuti dei corsi teorici
Interessi di ricerca dei docenti e ricercatori
(incluso personale INFN afferente al gruppo teorico)
2
CURRICULUM FISICA TEORICA GENERALE
Primo anno - Primo Semestre
Attività
Formative
Moduli e Discipline di
Insegnamento
Settore
Crediti
Tot
Lez
Es
Docente
Lab
Disciplinare
1. Metodi Matematici della Fisica
FIS/02
6
5
1
P. Facchi
2. Struttura della Materia
FIS/03
6
5
1
G. Scamarcio
3. Meccanica Statistica
FIS/02
6
5
1
G. Gonnella
4. Metodi Probabilistici della Fisica
MAT/06
6
5
1
N. Cufaro
FIS/02
6
5
1
S. Pascazio
5. Fisica Teorica mod. A: Teoria
Quantistica dei Campi
3
CURRICULUM FISICA TEORICA GENERALE
Primo anno – Secondo Semestre
Moduli e Discipline di
Insegnamento
5. Fisica Teorica mod. B: Campi
Attività
Formative
Crediti
Docente
Settore
Disciplinare
Tot
Lez
Es
FIS/02
6
5
1
P. Cea
CHIM/03
6
5
1
S. Longo
FIS/01
6
4
FIS/02
6
5
1
S. Pascazio
FIS/02
6
5
1
G. Gonnella
Lab
quantistici in interazione
6. Teorie Cinetiche del Trasporto
7. Laboratorio di Fisica
2
M. Pellicoro
Computazionale
8. Meccanica Quantistica
Avanzata
9. Meccanica Statistica Avanzata
4
CURRICULUM FISICA TEORICA GENERALE
Secondo anno – Primo Semestre
Moduli e Discipline di
Insegnamento
Attività
Formative
Crediti
Settore
Disciplinare
Tot
Lez
10. Relatività Generale
FIS/02
6
5
1
M. Gasperini
11. Modello Standard
FIS/02
6
5
1
A. Marrone
12. Corsi a scelta dello studente
Tirocinio
Es
Docente
Lab
8
esami con voto
8
frequenza
5
CURRICULUM FISICA TEORICA GENERALE
Secondo anno – Primo Semestre
Corsi a scelta consigliati
Moduli e Discipline di
Insegnamento
Attività
Formative
Crediti
Es
Docente
Settore
Disciplinare
Tot
Lez
Lab
Fisica Astroparticellare
FIS/02
4
4
M. Gasperini
Cosmologia
FIS/02
4
4
A. Marrone
Tecniche di Simulazione
Molecolare
FIS/02
4
4
G. Lattanzi
Storia e Fondamenti della Fisica
Moderna (per tesi a indirizzo
storico-didattico)
FIS/08
4
4
A. Garuccio
6
CURRICULUM FISICA TEORICA GENERALE
Secondo anno – Secondo Semestre
dedicato alla Tesi di Laurea!
(32 crediti)
7
Un brevissimo sommario
dei contenuti dei corsi teorici
(informazioni direttamente fornite dai singoli docenti)
per maggiori informazioni rivolgersi a
[email protected]
8
Prof. Paolo Facchi
Metodi Matematici della Fisica
9
METODI MATEMATICI
DELLA FISICA
Paolo Facchi
Il corso ha un duplice obiettivo: da un lato quello
formativo, con riferimento a strutture matematiche
moderne tipiche dell’analisi funzionale, in particolare agli
spazi di Banach e di Hilbert, dall’altro quello di fornire
strumenti matematici necessari per affrontare problemi
più avanzati della fisica moderna.
I risultati di apprendimento attesi riguardano, in
particolare, una comprensione più approfondita della
struttura della meccanica quantistica e del legame fra
proprietà spettrali ed evoluzione temporale, e la
padronanza di tecniche di calcolo più avanzate e
generali.
Prof. Giuseppe Gonnella
Meccanica Statistica
11
Meccanica statistica
(I semestre, curricula teorico e “materia”)
• Principi generali della trattazione statistica di
sistemi con molte particelle, distribuzioni di
equilibrio.
• Trattazione statistica di sistemi quantistici
(condensazione di Bose-Einstein, sistemi
magnetici, etc).
• Sistemi con interazione e transizioni di fase
(sviluppo in clusters, modello di Ising, classi di
universalità, teoria di campo medio, scaling ed
esponenti critici).
Prof. Nicola Cufaro
Metodi Probabilistici della Fisica
13
Metodi Probabilistici della Fisica
prof. Nicola Cufaro Petroni
Probabilità
–
Spazi di probabilità; Distribuzioni di probabilità
–
Variabili aleatorie; Teoremi limite
Processi Stocastici
–
Continuità; Stazionarietà; Ergodicità; Spettro
–
Processi di Poisson e di Wiener; Rumore bianco; Moto
Browniano
–
Processi di Markov
–
Elementi di calcolo stocastico
–
Sistemi lineari e filtraggio
N. Cufaro Petroni: Lezioni di Probabilità e Processi Stocastici (Bari 2012)
http://www.ba.infn.it/~cufaro/didactic/ProbProc.pdf
Prof. Saverio Pascazio
Fisica Teorica Modulo A
15
Fisica Teorica A
Teoria Quantistica dei Campi (Pascazio)
Simmetrie di Lorentz e di Poincare in teoria quantistica dei campi. Gruppi di Lie.
Gruppo di Lorentz. Rappresentazioni tensoriali e spinoriali. Gruppo di Poincare.
Teoria classica dei campi. Il principio di minima azione. Il teorema di Noether.
Campi scalari. Campi spinoriali. Il campo elettromagnetico.
Quantizzazione dei campi liberi. Campi scalari. Campi di spin 1/2. Campo
elettromagnetico.
Teoria delle perturbazioni e diagrammi di Feynman. La matrice S. La formula di
riduzione LSZ. L'espansione perturbativa. Il teorema di Wick ed i diagrammi di
Feynman.
Testi consigliati:
M. Maggiore, A Modern Introduction to Quantum Field Theory, Oxford Univ. Press, 2005.
S. Weinberg, The Quantum Theory of Fields 1: Foundations, Cambridge Univ. Press, 2005.
Prof. Paolo Cea
Fisica Teorica Modulo B
17
FISICA TEORICA MODULO B Tensore energia‐impulso e momento angolare. Quantizzazione canonica campo elettromagnetico e campo di Dirac. Gauge di Coulomb e di Lorentz.
Proprietà delle soluzioni dell’equazione di Dirac. Limite non relativistico. Elettrodinamica quantistica relativistica. Rappresentazione di interazione. Diagrammi di Feynman. Calcolo di processi di scattering in QED. Correzioni radiative. Divergenze ultraviolette. Rinormalizzazione.
Prof. Mario Pellicoro
Laboratorio di Fisica Computazionale
19
LABORATORIO DI FISICA
COMPUTAZIONALE
Prof Mario Pellicoro
Introduzione a Matlab
Metodi Montecarlo (Generazione
di eventi casuali, integrazione
numerica ……..)
Simulazione di sistemi fisici statistici
(random walk, modello di Ising …..)
Prof. Saverio Pascazio
Meccanica Quantistica Avanzata
21
Meccanica Quantistica Avanzata (Pascazio)
Stati ed insiemi statistici. Il qubit. La matrice densità. La decomposizione di
Schmidt. Ambiguità dell’interpretazione degli insiemi statistici.
Misure e leggi di evoluzione. Misure ortogonali e POVM. Superoperatori. La
rappresentazione di Kraus. Canali quantistici. Master equation.
Entanglement. Nonseparabilità delle coppe EPR. Uso dell’entanglement:
Dense coding, quantum key distribution, no cloning e teleportation.
Condensati di Bose-Einstein. Gas di Bose ideale e lievemente interagente. Gas
non-uniforme a temperatura zero. Superfluidità.
L’Approssimazione adiabatica. Approssimazione adiabatica. La fase di Berry.
Testi consigliati:
A. Messiah, Mécanique quantique (Dunod, Paris, 1995)
J.J. Sakurai, Modern quantum mechanics (Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, 1994)
J. Preskill, Lecture Notes in Physics 229: Quantum Information and Computation, available online @
http://www.theory.caltech.edu/people/preskill/ph219/#lecture
Prof. Giuseppe Gonnella
Meccanica Statistica Avanzata
23
Meccanica statistica avanzata
(II semestre, curriculum teorico)
•
•
•
•
•
•
•
Gruppo di rinormalizzazione e fenomeni critici.
Modello gaussiano, rinormalizzazione nello spazio degli impulsi,
diagrammi di Feynman e calcolo degli esponenti critici.
Matrice di trasferimento e tecniche di soluzione esatta di modelli su
reticolo.
Polimeri lineari e esponenti critici.
Trattazione statistica di sistemi non in equilibrio, moto browniano e
processi stocastici, catene di Markov.
Termodinamica di sistemi non in equilibrio: equazioni di bilancio,
produzione di entropia, risposta lineare.
Moto browniano generalizzato e teoria dei campi. Teorema di
fluttuazione-dissipazione, relazioni di Onsager. interpretazione
microscopica della termodinamica.
Prof. Maurizio Gasperini
Relatività Generale
25
Teoria dell’interazione gravitazionale
 Descrizione geometrica dell’interazione gravitazionale
come effetto della curvatura dello spazio-tempo
 l’interazione gravitazionale come teoria “di gauge”
per la simmetra locale di Lorentz
 interazione gravitazionale degli spinori, supersimmetria
e “supergravità”
26
Dr. Antonio Marrone
Modello Standard
27
Principali temi trattati
Teorie di Gauge non abeliane e meccanismo di Higgs
Modello Standard: Lagrangiana del modello standard
Teoria Elettrodebole
Modello a Partoni
Correzioni radiative e Rinormalizzazione
Rinormalizzazione della QED
Path Integral
Quantizzazione del campo scalare, elettromagnetico e spinoriale
I CORSI A SCELTA
CONSIGLIATI ...
29
Dr. Luigi Tedesco
Fisica Astroparticellare
30
FISICA ASTROPARTICELLARE
FORMAZIONI DI STRUTTURE SU GRANDI SCALE
RADIAZIONE COSMICA DI FONDO
NUCLEOSINTESI PRIMORDIALE
MATERIA OSCURA
ENERGIA OSCURA
BARIOGENESI
Prof. Maurizio Gasperini
Cosmologia
32
Cosmologia
 Il modello cosmologico “standard”
 Il modello cosmologico “inflazionario”
 La teoria delle perturbazioni cosmologiche
33
Dr. Gianluca Lattanzi
Tecniche di Simulazione Molecolare
34
Gianluca Lattanzi
[email protected]
Corso a scelta proposto: Tecniche di Simulazione Molecolare
(4 CFU), istituito nel 2009 (comune con l’indirizzo di Fisica della Materia).
16 lezioni frontali + 3 esercitazioni pratiche di laboratorio computazionale.
Contenuti: fondamenti teorici della Dinamica Molecolare e del Monte Carlo per la modellizzazione, la visualizzazione e l’analisi delle proprietà conformazionali e dinamiche delle molecole.
Tematiche di ricerca: fisica applicata ai sistemi biologici
Prof. Augusto Garuccio
Storie e Fondamenti della Fisica Moderna
36
Prof. Giulio Paiano
Onde Elettromagnetiche e Plasmi
37
ONDE ELETTROMAGNETICHE E PLASMI
PROF. GIULIO PAIANO
1. DISPERSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE.
2. TEORIA CLASSICA DELLA COERENZA OTTICA.
3. ELEMENTI DI FISICA DEL PLASMA
4. INTRODUZIONE ALLA TEORIA QUANTISTICA
DELLA LUCE.
Testi consigliati
J.D. Jackson “Elettrodinamica classica”
38
39
40
per informazioni piu’ dettagliate rivolgersi a
[email protected]
41
L. Angelini et al.
Fisica teorica applicata alla medicina
42
Fisica Teorica Applicata alla Biologia ed
alla Medicina (Angelini, Pellicoro,
Stramaglia)
Problemi:
• Inferenza delle reti di regolazione genica (Gene
Regulatory Networks)
• Scoperta dei meccanismi di trasferimento ed
elaborazione dell’informazione nel cervello
Affrontati da team di ricerca interdisciplinari: Biologi, Medici, Fisici,
Matematici, Ingegneri
Ruolo dei fisici: Modellistica fisica per l’analisi dei dati
Collaborazioni
• Dipartimento Neurologia – Bari
• Università Padova
• Department of Data Analysis, Ghent
University, Belgium
• Key Laboratory for NeuroInformation,
China
• BU and Harvard Medical School, USA
Per saperne di più: Colloquio su
Fisica teorica e Biologia
Prof. Michele Caselle (Università di Torino e
Istituto per la Ricerca e la Cura del Cancro
di Candiolo)
Lunedì 18 Giugno 2012, presso il nostro
Dipartimento
Consigliato agli studenti!
G. Lattanzi et al.
Fisica teorica molecolare e biologica
46
Tematiche per tesi di laurea:
1. Fenomeni di trasporto nelle acquaporine
Le acquaporine sono i canali per l’acqua nelle membrane biologiche. In condizioni normali, sono aperte e lasciano passare l’acqua, gli ioni e le molecole di zucchero, regolando l’omeostasi cellulare, essenziale per tutti i processi fisiologici.
Il loro malfunzionamento porta a malattie molto serie ed è pertanto importante studiarne le basi a livello molecolare, per capire come disegnare farmaci in grado di ristabilire il corretto equilibrio omeostatico.
Acquaporina AQP4
Collaborazione con Orazio Nicolotti, Dipartimento Farmaco‐Chimico & TIRES, UniBa
Tematiche per tesi di laurea:
2. Transistor a film sottile
I transistor a film sottile costituiscono un’importante innovazione tecnologica Au(G)
con diverse applicazioni di carattere Soluzione elettrolitica
industriale che vanno dal riconoscimento delle sostanze organiche negli alimenti Strato fosfolipidico
allo sviluppo di apparecchiature biomediche.
Transistor 2D channel
Semiconduttore organico
In questo ambito le simulazioni molecolari consentono di definire e Au(S)
Au(D)
studiare i modelli per la comprensione Si/SiO2
delle proprietà strutturali e dinamiche dei semiconduttori organici e delle interfacce tra i materiali impiegati nella Schema di un dispositivo con transistor a semiconduttore organico
costruzione dei dispositivi.
Collaborazione con Luisa Torsi, Dipartimento di Chimica & TIRES, UniBa
Tematiche per tesi di laurea:
3. Soluzioni ioniche e membrane biologiche
Diversi fenomeni di trasporto coinvolgono attivamente o passivamente le membrane biologiche. Tra questi è importante ricordare:
i) il passaggio dei farmaci: se le molecole passano attraverso le membrane dei batteri, questi ultimi non riescono a sviluppare resistenza!
ii) il passaggio di alcune catene di amminoacidi che possono essere utili nelle terapie anti‐HIV
(collaborazione con Guido Tiana, Università di Milano).
Le proprietà strutturali delle membrane dipendono inoltre fortemente dalla presenza degli ioni in soluzione e possono essere studiate con le simulazioni molecolari (collaborazione con Giovanni Ciccotti, Università di Roma “Sapienza” e University
College Dublin).
Simulazione di una membrana biologica immersa in una soluzione di acqua e sale (1M NaCl).
N. Cufaro et al.
Fisica matematica
50
Interessi di ricerca
PROCESSI di TIPO LEVY e MECCANICA STOCASTICA
•
•
•
1.
2.
3.
Dinamica dei processi di tipo Lévy (processi a salti) associati ai
pacchetti d'onda stazionari e non stazionari soluzioni di equazioni
di Schrödinger generalizzate.
Formulazione coerente della dinamica di Nelson dei processi di
salto coinvolti nell'equazione di Lévy-Schrödinger.
Processi di Student e variance-Gamma.
Mixtures in non stable Lévy processes, J.Phys. A 40 (2007) 2227
Lévy-Schrödinger wave packets, J.Phys. A 44 (2011) 165305
Markov processes and generalized Schroedinger equations,
J.Math.Phys 52; (2011) 113509
Interessi di ricerca
Eq. di SCHRÖDINGER RELATIVISTICA e PROCESSI di LÉVY
Implicazioni di un modello di Lévy-Schroedinger per le
equazioni di Schroedinger relativistiche. Le sottotanti
traiettorie discontinue sono prese come punto di partenza
per sviluppare metodi di teoria dei campi.
1.
2.
3.
Selfdecomposability and selfsimilarity: a concise primer, Physica
A 387 (2008) 1875
Lévy processes and Schrödinger equation, Physica A 388 (2009)
824
Mass spectrum from stochastic Lévy-Schrödinger relativistic
equations. Mod. Phys. Lett. A 27 (2012) 1250034
G. Gonnella et al.
Fisica teorica statistica
53
Statistical mechanics, soft matter and fluids
• Proprietà generali di sistemi statistici non in equilibrio (relazioni
di fluttuazione, funzioni di grande deviazione nei processi di
raffreddamento, temperatura efficace).
• Modellizzazione del comportamento collettivo nei sistemi
biologici.
• Dinamica e “pattern formation” nei sistemi fluidi con transizioni
di fase:
- miscele di fluidi
- sistemi liquido-vapore
- cristalli liquidi
• Sviluppo ed implementazione di metodi discreti per la soluzione
delle equazioni idrodinamiche (metodi reticolari di Boltzmann).
see http://beta.fisica.uniba.it/gonnella/Home.aspx
S. Pascazio et al.
Fisica teorica quantistica
55
Attività di ricerca
Entanglement e transizioni di fase
Condensati di Bose Einstein
Tomografia quantistica e analisi semiclassica
Fabio Cunden
Sara Di Martino
Paolo Facchi
Giuseppe Florio
Saverio Pascazio
Francesco Pepe
Entanglement e transizioni di fase
(collaborazione con G. Parisi [Roma] e A. Scardicchio [ICTP])
Con il termine “entanglement” si denotano delle correlazioni quantistiche “non locali”.
La ricerca degli ultimi anni guarda all’entanglement come ad una risorsa.
L’entanglement consente il teletrasporto… versione quantistica di Star Trek
L’entanglement e’ alla base del futuro computer quantistico
L’entanglement è codificato negli autovalori
della matrice densita’ di un sistema
quantistico.
Se il sistema quantistico e’ grande (limite
termodinamico), tali autovalori subiscono
delle transizioni di fase: queste transizioni di
fase
segnalano
forme
diverse
di
entanglement.
1/entanglement
autovalori
Gas di autovalori
che subisce una
transizione di fase
Tunnelling Landau-Zener
in condensati di Bose-Einstein
(collaborazione con E. Arimondo [Pisa])
Un “reticolo ottico” è formato dall'interferenza di fasci laser che si propagano in
direzioni opposte. Una particella all'interno di un reticolo unidimensionale risente di un
potenziale periodico sinusoidale.
potenziale
livelli energetici
Se il reticolo è accelerato, una particella al
suo interno è soggetta ad un
potenziale washboard.
posizione particelle
Studiamo l’evoluzione temporale del condensato nel reticolo.
NOTEVOLE: questo da’ informazioni su un problema legato alla rinormalizzazione
della funzione d’onda
Tomografia di stati quantistici
ESEMPIO: funzione di Wigner dello
stato di un fotone
(collaborazione con G. Marmo [Napoli],
M. Asorey [Spain], V. Man'ko [Russia])
La funzione di Wigner dà informazioni
sullo stato quantistico: è una specie di
“densità di probabilità quantistica”.
Dà le stesse informazioni della funzione
d’onda.
La tomografia quantistica permette
di ricostruire la funzione di Wigner e
quindi lo “stato quantistico”.
E' possibile ottenere la meccanica
classica come fenomeno emergente
quando la costante di Planck va a
zero, tramite un'analisi semiclassica
della funzione di Wigner.
momento
Ricostruzione in
assenza di
rumore
Ricostruzione in
presenza di
rumore
Ricostruzione in
presenza di
rumore mediando
sulle realizzazioni
posizione
P. Cea et al.
Fisica teorica delle
interazioni fondamentali
60
La comprensione delle transizioni di fase ha grande rilevanza in cosmologia, in astrofisica e per la fenomenologia delle collisioni di ioni pesanti ad altissima
energia (quark‐gluon plasma)
Transizioni di fase della QCD (Quantum Chromo Dynamics)
Collisione fra ioni di piombo rivelata
a LHC dall’esperimento Alice
La QCD è la teoria che descrive le interazioni di quark e gluoni che sono
i componenti elementari dei nucleoni come il protone e il neutrone.
In condizioni normali quark e gluoni sono confinati (i.e. non possono essere
osservati liberi)
Lo studio delle fasi della QCD (Cromodinamica Quantistica) è una importante sfida per
la Fisica Teorica per comprendere come la materia si comporta in condizioni estreme.
QUARK – GLUON PLASMA
A pressioni e/o temperature elevate quark e gluoni possono
comportarsi come particelle quasi libere
Argomenti di ricerca (Cea, Cosmai): studio delle fasi della QCD
 Studio su reticolo della QCD a temperatura e densità finite (i.e. studio delle transizioni di fase della QCD)
 Studio su reticolo della
dinamica di quark e gluoni
nella fase confinata (i.e. nell’origine del diagramma)
Argomenti di ricerca (Cea): collisioni di ioni pesanti ad alta energia
 Studio mediante modelli
idrodinamici degli urti di adroni ad altissima energia
Argomenti di ricerca (Cea, Cosmai): Grafene
 Studio su reticolo di fermioni di Dirac bidimensionali:
Effetto Hall Quantistico nel Grafene
Argomenti di ricerca (Cea): High Tc Superconductors
 Fisica dei nuovi superconduttori ad alta temperatura
P. Colangelo et al.
Fisica teorica delle alte energie
65
gruppo di ricerca BA21 (BARI-21)
fisica teorica delle alte energie
premio Gribov
J.J. S. Cillero
(da Valencia)
S. Nicotri
premio Fubini
premio Rabi
F. Giannuzzi
Fen Zuo
(da Beijing)
P. Biancofiore
temi di ricerca
F. De Fazio
E. Scrimieri
P. Colangelo
- fisica dei quark pesanti nel modello standard e in
estensioni
- fisica delle interazioni forti, spettroscopia dei mesoni
- olografia e Cromodinamica Quantistica
- diagramma delle fasi della Cromodinamica Quantistica
info: [email protected], tel: 080-5443210, stanza R02 dip. di fisica
Struttura dello spazio tempo a distanze minori di 10-3 Fermi (= 10-18 metri) :
DIMENSIONI EXTRA
la teoria attuale delle interazioni fondamentali (elettrodeboli e forti)
è incompleta
•
•
•
•
richiede l’esistenza di una particella scalare, il bosone di Higgs, ancora da osservare
non sembra avere buoni candidati per la materia oscura dell’universo
non è teoricamente consistente per energie maggiori di un TeV
non include la gravità
una possibile soluzione per alcune di queste inconsistenze
potrebbe essere legata alla struttura dello spazio-tempo
spazio-tempo: solite 4 (1+3) dimensioni + altre dimensioni compattificate
5 (4+1) dimensioni
6 (4+2) dimensioni
x
per ogni punto (x)
y una ulteriore circonferenza
per ogni punto (x)
una ulteriore sfera
se ci sono extra dimensioni compattificate,
ci sono nuove famiglie di particelle massive
come dimostrarlo?
metodo relativistico
se si ha sufficiente energia,
le nuove particelle possono
essere create in un
esperimento di laboratorio
metodo quantistico
come particelle virtuali, esse possono
modificare altre osservabili
in un esperimento di laboratorio
fisica del “sapore”
Large Hadron Collider
processi reali
con particelle virtuali
diagrammi “a pinguino”….
limite attuale sulle extra dimensioni:
R < 10-3 x dimensione del protone
diagramma di fase della QCD
studio mediante un approccio “olografico”:
invece di risolvere la teoria delle interazioni forti
nello spazio-tempo quadridimensionale,
si analizza una teoria duale in uno spazio curvo
in più dimensioni (congettura della dualità AdS/CFT)
“buscar el levante por el poniente” (Cristoforo Colombo)
L. Tedesco et al.
Fisica teorica dell’Universo
su grande scala
70
La comprensione della radiazione cosmica di fondo ha enorme rilevanza
in cosmologia, in quanto fornisce indicazione sui primordi dell’universo
stesso quando aveva qualche centinaia di migliaia di anni dal Big Bang
ARGOMENTO DI
RICERCA (Cea -Tedesco):
Studio della polarizzazione
Studio dei poli bassi della
CMB
Lo studio della radiazione cosmica di fondo sembra
indicare che l’universo possa essersi espanso come un ellissoide. ARGOMENTO DI RICERCA
(Cea–Campanelli-Tedesco):
Trovare le indicazioni
cosmologiche che permettano
di testare una espansione
ellissoidale dell’Universo
L’universo sembra stia attraversando una fase
accelerata: energia oscura
Energia oscura
76%
ARGOMENTO DI RICERCA
(Cea – Cosmai - Gasperini Tedesco):
Materia oscura
20%
Materia ordinaria
4%
Studio di modelli di universo
non-omogenei ed anisotropi,
anche in relazione alla
energia oscura
Studio di modelli frattali di
Universo
E. Lisi et al.
Fisica teorica astroparticellare
e del neutrino
74
23
FA51 (Fogli*, Gasperini, Lisi, Marrone, Tedesco):
Fisica Astroparticellare: neutrini e cosmologia
*Responsabile nazionale


A. Mirizzi (DESY, Hamburg): Premio Fubini.
I. Tamborra (MPI, Munich): Premio Stanghellini
Notevole mobilità degli studenti

Contesto della fisica astroparticellare…
Fisica delle
particelle
Fisica
Astroparticellare

Astrofisica,
Cosmologia
24
E’ un campo di frontiera, con molte questioni ancora aperte. Solo di
recente si è cominciato a dare (o intravedere) una risposta ad alcune
domande - semplici ma fondamentali - poste nel secolo scorso:
Quanto è piccola la massa del neutrino ?
(Pauli, Fermi, anni ‘30)
Può un neutrino trasformarsi nella sua antiparticella?
(Majorana, anni ‘30)
Neutrini di sapore diverso si trasformano (“oscillano”) l’uno nell’altro?
(Pontecorvo, Maki-Nakagawa-Sakata, anni ‘60)
In particolare, alla terza domanda si può dare una risposta positiva e
molto articolata, a cui il gruppo di FA51 ha contribuito dal ~1993
25
Risultati per 3 mixing (con una sola cifra significativa)
sapori = e  
Scala ass. Gerarchia Normale… O… Gerarchia Inversa
Diff. di massa2
3
+m2
m2
2
1
m2
-m2
3
Molti problemi aperti, esplosione del settore di ricerca (~ 1000 preprint/anno)
27
M. Gasperini et al.
Teorie unificate e cosmologia primordiale
79
La Teoria delle Stringhe
 Tutte le particelle esistenti corrispondono a diversi stati dello spettro
di cordicelle unidimensionali vibranti (stringhe), aperte o chiuse.
VANTAGGI
80
La Teoria delle Stringhe
 Tutte le particelle esistenti corrispondono a diversi stati dello spettro
di cordicelle unidimensionali vibranti (stringhe), aperte o chiuse.
VANTAGGI
 La teoria ci dice non solo quali particelle possono (e devono) esistere,
ma anche le loro equazioni del moto!
Es: - campo elettromagnetico DEVE soddisfare Eqs. di Maxwell
- elettrone DEVE soddisfare Eqs. di Dirac,
- etc...
81
La Teoria delle Stringhe

Per essere quantizzata correttamente teoria delle superstringhe
richiede uno spazio-tempo con
dimensioni spaziali extra!
10 oppure 11 dimensioni
D=1+ 3 + 6 + 1 = 1 + 10 + 1
82
La Teoria delle Stringhe

Per essere quantizzata correttamente teoria delle superstringhe
richiede uno spazio-tempo con
dimensioni spaziali extra!
10 oppure 11 dimensioni
D=1+ 3 + 6 + 1 = 1 + 10 + 1
Domanda:
Perche’ noi vediamo solo 3 dimensioni spaziali?
Dove sono finite le altre (se esistono) ?
83
Vecchia risposta
 Perche’ sono molto piccole e “arrotolate” su se stesse
(modello multi-dimensionale di Kaluza-Klein, 1921-1926)
84
Vecchia risposta
 Perche’ sono molto piccole e “arrotolate” su se stesse
(modello multi-dimensionale di Kaluza-Klein, 1921-1926)
Nuova risposta
 Perche’ le interazioni fondamentali (gravita’ esclusa) si propagano
solo in 3 dimensioni spaziali
(suggerito dai modelli di stringa, 1995-1999)
cosmologia delle “membrane”
85
Universo a membrana
6 oppure 7
dimensioni spaziali
“esterne”
alla membrana
Il nostro Universo e’ una “fetta” a 4 dimensioni
di uno spazio-tempo multi-dimensionale
86
Fine della presentazione
Auguri e buon lavoro!
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