Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” FACOLTA’ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI Progetto "Studiamo insieme" Gli studenti liceali interessati sono invitati ad affrontare e studiare un tema di ricerca, con la collaborazione di docenti universitari. In molti casi, il lavoro di ricerca svolto verrà raccolto in una tesina, che gli studenti potranno utilizzare anche ai fini della prova finale del ciclo secondario. I docenti della Facoltà hanno elaborato una lista di temi di ricerca, che viene proposta all’attenzione degli studenti e dei loro docenti. Gli studenti interessati selezionano un argomento e prendono contatto, singolarmente o in gruppo, con il docente che lo ha proposto. Insegnanti e studenti sono invitati a suggerire ulteriori titoli. I temi di ricerca proposti possono essere affrontati con le competenze proprie degli studenti dell’ultimo anno di una scuola superiore. Non si intende sovrapporsi ad argomenti svolti nella programmazione didattica dell’ultimo anno delle scuole superiori, bensì permettere agli studenti di intravvedere e percorrere dei possibili svolgimenti successivi o, eventualmente, compendiare con approfondimenti le sue conoscenze. Segnaliamo l’elenco dei titoli di cui abbiamo ricevuto conferma. E’ probabile che ulteriori titoli vengano aggiunti nei prossimi giorni. Area di Biologia Costruzione di DNA Ricombinanti La manipolazione genetica del DNA è una delle tecnologie che ha aperto nuove frontiere del sapere umano con profonde ricadute applicative in vari settori che spaziano dalla medicina a varie attività industriali. Nel laboratorio di Microbiologia Generale, lo studente potrà imparare rudimenti di tecnologie di ingegneria genetica esercitandosi nella costruzione di un DNA ricombinante batterico con lo studio della sua attività biologica. Riferimento: Laboratorio Di Microbiologia Generale tel. 06 72594243 Prof. Luciano Paolozzi e-mail: [email protected] Ecologia Microbica I microrganismi svolgono importanti attività sul pianeta e senza di loro la vita non sarebbe possibile. Solo una piccola frazione dei batteri esistenti in natura è nota. In molti studi, sopratutto a carattere ambientale, è necessaria l'identificazione delle specie batteriche esistenti in un determinato ambiente in base a criteri di natura molecolare. Uno di questi è l'analisi della sequenza di DNA particolari geni. Lo 1 studente potrà in laboratorio estrarre il DNA da batteri, amplificarlo con la tecnica della PCR, digerirlo con un enzima di restrizione appropriato per giungere ad una prima classificazione. Riferimento: Laboratorio Di Microbiologia Generale tel. 06 72594243 Prof. Luciano Paolozzi e-mail: [email protected] I Microscopi elettronici e il mondo vegetale numero massimo 10 studenti Riferimento: Dott.ssa Antonella Canini Tel. 0672594332 e-mail: [email protected] Uomo e Natura: è possibile pensare ad un rapporto migliore? Nuove strategie di uso delle risorse naturali. Riferimento Prof.ssa Caterina Lorenzi Tel. 06.7259.5984 e-mail: [email protected] numero massimo 5 studenti Area CHIMICA Chimica Analitica Determinazione di tossine negli alimenti con metodi analitici rapidi e poco costosi. Analisi di pesticidi nell'ambiente Determinazionedi batteri e tossine nell'aria e negli alimenti con metodi innovativi Gli studenti, coadiuvati dai tesisti e dottorandi ed assistiti dai professori responsabili delle attività di ricerca, verranno ospitati presso i laboratori ed inizieranno una ricerca bibliografica sugli argomenti proposti per conoscerne lo stato dell'arte. Contemporaneamente prenderanno confidenza con la strumentazione dedicata allo svolgimento della ricerca in corso relativa all'argomento scelto ed effettueranno insieme ai tesisti e dottorandi delle misure sperimentali. Il materiale bibliografico acquisito ed i risultati sperimentali osservati saranno oggetto della tesina che verrà preparata e discussa nella seconda settimana. Due studenti per tesina Riferimento: Prof. Giuseppe Palleschi Tel. 0672594843 e-mail: [email protected] 2 Chimica Fisica Determinazione spettroscopica dell'energia di legame idrogeno Esperimento: misura dello spettro UV di acetone in H2O e spettrofotometro. Descrizione: l'interazione di legame idrogeno shifta il massimo 278 nm a 266 nm (ca. 5 kcal per mole) Relazione: assorbimento di radiazione, struttura molecolare transizioni permesse e transizioni proibite. 1 studente per tesina – concordare i tempi col docente disponibilita’ del laboratorio Riferimento: Prof. Mariano Venanzi Tel. 0672594468 e-mail: [email protected] in esano mediante di assorbimento da del gruppo - CO, per verificare la Scatole molecolari colorate Esperimento: misura dello spettro Visibile di criptocianine mediante spettrofotometro Descrizione: il massimo di assorbimento di alcuni coloranti puo' essere valutato attraverso un semplice modello quantistico (elettrone in una scatola di potenziale). Relazione: quantizzazione dei livelli di energia, delocalizzazione della densita' elettronica, teoria del colore. 1 studente per tesina – concordare i tempi col docente per verificare la disponibilita’ del laboratorio Riferimento: Prof. Mariano Venanzi Tel. 0672594468 e-mail: [email protected] Chimica Organica Purificazione di composti organici Analisi di composti organici Sintesi di composti organici Gli studenti, coadiuvati da laureandi e dottorandi ed assistiti dai professori responsabili delle attività di ricerca, verranno ospitati presso i laboratori e prenderanno confidenza con le operazioni di laboratorio, effettuando, assieme ai laureandi ed ai dottorandi, delle misure sperimentali. I risultati sperimentali osservati saranno oggetto della relazione. Numero massimo 3 studenti Riferimento: Prof. Barbara Floris Tel. 0672594351 e-mail: [email protected] Studio cinetico di una reazione Lo studente preparerà un (o più, dipende...) campione adatto allo studio cinetico, preparando una o più soluzioni a titolo noto. Lo studio verrà seguito tramite spettroscopia UV visibile, osservando la variazione di assorbanza del campione. I valori di assorbanza ottenuti in funzione del tempo saranno messi in grafico e verrà 3 osservato come questi valori seguono equazioni note. Da questi grafici sarà calcolata la costante di velocità della reazione e, eventualmente, potrà essere verificato come la velocità di una reazione dipende dalla temperatura. Numero massimo 2 studenti Riferimento: Dott. Luciana Luchetti Tel. 0672594380 e-mail: [email protected] Area FISICA Ciascuna tesina e’ assegnata ad un gruppo di due studenti i quali svolgeranno la ricerca sotto la guida di un docente. Il lavoro comprendera’, in generale, una parte di attivita’ teorica (ricerca bibliografica al computer e/o lettura di articoli scientifici di livello adeguato) ed una parte di attivita’ sperimentale che puo’ consistere nella esecuzione di un esperimento didattico di fisica classica o moderna, nella partecipazione ad un esperimento di ricerca in corso, in un esperimento di simulazione o elaborazione di dati al computer. Fisica Generale Misura della velocità della luce. Una sorgente di luce modulata a 60 MHz viene focalizzata su un rivelatore a due diverse distanze, in modo da variare la fase del segnale in uscita dal rivelatore rispetto ad un segnale di riferimento. La misura dello sfasamento e della differenza fra le due distanze permette di risalire alla velocità della luce. Come esperienza qualitativa è possibile mostrare che la velocità della luce è minore nell’acqua. Misura del rapporto carica/massa dell’elettrone. Un fascio di elettroni di energia nota viene fatto curvare per mezzo di un campo magnetico in modo da renderne circolare la traiettoria. Imponendo l’eguaglianza fra la forza centripeta e la forza di Lorentz si ricava con semplici calcoli e alcune misure il rapporto e/m. Misura della costante di Planck. La misura della costante di Planck viene effettuata per mezzo dell’effetto fotoelettrico prodotto dalle righe di una lampada a vapori di mercurio su una fotocellula. Come esperienza introduttiva è possibile mostrare l’effetto fotoelettrico in modo qualitativo per mezzo di un semplice elettroscopio. Verifica della legge dell’induzione elettromagnetica (Legge di FaradayNeumann). La verifica della legge dell’induzione elettromagnetica può essere effettuata in due modi. Con il primo metodo muoviamo una spira all’interno di un campo magnetico costante e misuriamo la f.e.m. per mezzo di un sistema di acquisizione dati che interfaccia con un PC. Con il secondo metodo possiamo vedere che in un apposito trasformatore il segnale in uscita sul secondario è la derivata del segnale in ingresso sul primario. La variazione della resistenza elettrica con la temperatura nei semiconduttori, nei metalli e nei superconduttori. Effetto Meissner. 4 Le esperienze sono in parte qualitative e in parte quantitative. Sono incluse la misura dell’annullamento della resistenza in un superconduttore e la levitazione di un piccolo magnete sul superconduttore. L’interferometro di Michelson Morley. Costruzione, sensibilità e funzionamento del celebre interferometro che fu utilizzato per tentare la dimostrazione dell’esistenza dell’etere. Misura della componente orizzontale del campo magnetico terrestre e verifica della prima e seconda formula di Laplace Gli apparati sperimentali a disposizione permetto la misura delle forze su un filo percorso da corrente e immerso in un campo magnetico costante e la misura della forza che si esercita fra due fili percorsi da corrente. Trasversalità delle onde elettromagnetiche. Propagazione delle onde nei fili (fili di Lecher). Per mezzo di una sorgente di onde e.m. a circa 430 MHz possiamo osservare l’emissione dipolare tipica di un antenna e le direzioni del campo elettrico e magnetico. Utilizzando la stessa sorgente possiamo osservare le onde stazionarie che si formano in una coppia di fili, con i relativi ventri e nodi di tensione. Riferimento (per i titoli da a 8): Dr. Giovanni Casini Tel. 0672594470/4908/4553 e-mail: [email protected] Astrofisica e Fisica dello Spazio Quasar e galassie primordiali: prime luci nell'Universo. Nell'ultimo anno sono stati scoperti quasar e galassie in formazione nelle profondita` dello spazio-tempo, a distanze di 13 miliardi di anni-luce e a tempi di 13 miliardi di anni nel passato, quindi a meno di un miliardo di anni dal Big Bang. Ricevute alcune nozioni di base, lo studente sara` guidato ad esaminare questi dati e la loro interpretazione su siti internet dello Space Telescope Science Institute e dello European Southern Observatory, e su alcune pubblicazioni scientifiche. Sara` anche messo in contatto con alcuni astronomi che si occupano di questi argomenti nell'Osservatorio Astronomico di Roma a Monteporzio. Riferimento: Prof. Alfonso Cavaliere Tel. 0672594432 e-mail: [email protected] L’equilibrio tra radiazione e materia, la produzione di energia e la nucleosintesi nelle stelle. Fisica delle comete: la primo osservazione diretta (cometa di Halley). Variabilita' solare e possibili influenze sul clima terrestre. Vento solare, campo magnetico terrestre ed aurore polari. Riferimento: 5 Prof. F. Berrilli,Prof. F. Mariani Prof. Bruno Caccin Tel. 0672594431 E-mail: [email protected] Prof. Alberto Egidi Tel. 0672594433 e-mail: [email protected] Il rivelatore di onde gravitazionali Nautilus. Riferimento: Prof. Sergio Cantarano Tel. 0672594563 /4565 e-mail: [email protected] Fisica dei Raggi cosmici Massimo 10 studenti Riferimento: Prof. Piergiorgio Piccozza Tel. 06.72594576/4586 e-mail: [email protected] Fisica della Materia Proprieta' ottiche dei semiconduttori. Gli studenti parteciparanno ad alcune fasi di un esperimento di Fisica della Materia, finalizzato allo studio delle proprieta' elettroniche di superficie di un semiconduttore di interesse applicativo, mediante tecniche ottiche. Riferimento: Dr. Claudio Goletti Tel. 0672594546 e-mail: [email protected] Diffrazione di elettroni da parte di una superficie cristallina. Si tratta di estendere la teoria del reticolo ottico ai reticoli cristallini e di scrivere la legge di Laue per il caso bidimensionale. In particolare si sfrutta la natura ondulatoria degli elettroni ed il loro basso potere di penetrazione nei solidi per studiare la simmetria delle superfici cristalline attraverso un esperimento di diffrazione noto come tecnica LEED. L'acronimo significa: Low Energy Electron Diffraction (Diffrazione di Elettroni di Bassa Energia). Riferimento: Prof. Massimo Fanfoni e Dr.ssa Anna Sgarlata Tel. 0672594439 e-mail: [email protected] [email protected] Il colore dei solidi cristallini Si tratta di familiarizzare con le cause fisiche del colore dei solidi cristallini. Utilizzando alcuni campioni di cristalli in cui sono state introdotte delle impurezze o 6 dei difetti, si potrà analizzare lo spettro di assorbimento della luce e da questo potrà spiegare il perché del particolare colore di ciascun campione. Gli argomenti affrontati: assorbimento della luce da parte di un atomo, lunghezza della radiazione elettromagnetica, come rendere monocromatica la luce, come si presentano su un grafico le proprietà ottiche del campione in esame. Riferimento: Prof: Roberto Francini Tel:06.72594505 e-mail: [email protected] Laboratorio di Epitassia Massimo 10 studenti Riferimento: Prof. Adalberto Balzarotti Tel.06.72594565 e-mail: [email protected] Fisica Teorica Biofisica Seminari con incontri mensili Riferimento: Prof.ssa Silvia Morante Tel. 06.72594554 e-mail: [email protected] Le interazioni fondamentali della natura. Si tratta di uno studio bibliografico sui grandi temi della fisica delle particelle elementari e in particolare sul problema della descrizione unificata delle interazioni fondamentali. Riferimento: Prof. Augusto Sagnotti Tel. 0672594568 E-mail: [email protected] La Relativita' Ristretta e il senso comune La teoria di Einstein e' celeberrima per tutta una serie di effetti, come la dilatazione dei tempi, la contrazione delle distanze, il paradosso dei gemelli, la violazione della geometria euclidea in sistemi non inerziali e la famosa equazione E=MC2. Tutti questi risultati sembrarono all'inizio in grave contrasto con il buon senso, suscitando le ire anche di filosofi come il Bergson; un secolo di esperimenti ha poi trasformato le previsioni teoriche in fatti incontrovertibili. La fisica di oggi e' tutta relativistica. Massimo 4 studenti Riferimento: Prof. Michele Cini Tel. 0672594596 E-mail: [email protected] Fisica Nucleare e delle Particelle Elementari 7 Misura del flusso dei raggi cosmici con un semplice apparato di Rivelazione. Il gruppo di studenti puo' utilizzare un sistema di scintillatori in coincidenza per contare il numero di raggi cosmici che colpiscono il sistema di rivelazione e valutarne il flusso integrale per unita' di superficie e unita' di tempo. Verranno fornite agli studenti spiegazioni sulla natura dei raggi cosmici, sul funzionamento dei vari componenti il sistema di rivelazione e sul sistema di acquisizione. Riferimento: Prof. Maria Pia De Pascale Tel. 0672594289 e-mail: [email protected] Raggi cosmici: come vengono prodotti e come si propagano nella Galassia. Agli studenti verranno impartite alcune nozioni fondamentali sul tema e verra' consegnato materiale bibliografico. La tesina da loro preparata verra' poi corretta e discussa in collaborazione con un ricercatore. Riferimento: Prof. Maria Pia De Pascale Tel. 0672594289 e-mail: [email protected] Raggi cosmici e antimateria. Agli studenti verranno impartite alcune nozioni fondamentali sul tema e verra' consegnato materiale bibliografico. La tesina da loro preparata verra' poi corretta e discussa in collaborazione con un ricercatore. Riferimento: Prof. Maria Pia De Pascale Tel. 0672594289 e-mail: [email protected] Costruzione di un rivelatore capace di rivelare particelle Si tratta di un lavoro di laboratorio limitato a 2 settimane. Gli studenti riceveranno anche la documentazione necessaria per poter entrare nello spirito del lavoro. Riferimento: Prof. Anna Di Ciaccio Tel. 0672594589 e-mail: [email protected] Test di un rivelatore di particelle con raggi cosmici Si tratta di un lavoro di laboratorio limitato a 2 settimane. Gli studenti riceveranno anche la documentazione necessaria per poter entrare nello spirito del lavoro. Riferimento: Prof. Anna Di Ciaccio Tel. 0672594589 e-mail: [email protected] Misure di fondo ambientale con un rivelatore al Germanio Gli studenti eseguiranno misure di radiazione di fondo con un rivelatore al Germanio . 8 Riferimento: Prof. Rita Bernabei Tel. 0672594542 e-mail: [email protected] Studio della risposta di alcuni rivelatori a scintillazione Agli studenti verranno impartite alcune nozioni fondamentali sui rivelatori a scintillazione ed analizzaranno la risposta dei rivelatori. a) Simulazione di oscillatore meccanico per mezzo di circuito elettronico. Realizzazione e prove. ( 2-3 studenti, uso di amp. operazionale e di strumenti di misura quali multimetro ed oscilloscopio). b) Misura di intensità luminosa per mezzo di fotodiodo e amp. operazionale. (2 studenti, come sopra) Riferimenti: Prof. Rita Bernabei Tel. 0672594542 e-mail: [email protected] Scienza dei Materiali. Preparazione e controllo atomico della pulizia di una superficie di semiconduttore Si tratta di pulire una superficie di Si orientata (100) o (111) sotto ultra alto vuoto e di controllarne la qualita` tramite la spettroscopia Auger. Riferimento: Prof. Ivan Davoli Tel. 0672594523 e-mail: [email protected] Deposizione di film metallici sottili su superfici isolanti cristalline Si tratta di depositare in ultra alto vuoto metalli nobili e metalli di transizione su superfici cristalline di MgO o ZrO2. La qualita` del film sara` seguita tramite spettroscopia elettronica al variare dello spessore partendo da spessori inferiori al monostrato fino a spessore di qualche micrometro. Riferimento: Prof. Ivan Davoli Tel. 0672594523 e-mail: [email protected] Il microscopio elettronico a scansione per lo studio morfologico di superfici. Verranno osservate superfici di metalli e semiconduttori sottoposti a trattamenti con laser pulsati o trattati con gas reattivi , strati di diamante policristallino e depositif superficiali formati da aggregati di nanotubi ed altre nanostrutture di carbonio. Riferimento: Dott.Vito Sessa Tel. 0672594415 e-mail: [email protected] 9 Area MATEMATICA Si ricorda che i titoli delle tesine sono indicativi dell’ambito di ricerca. Le modalita’, i tempi, il livello di approfondimento vengono concordati con gli studenti, in base alle loro conoscenze e capacità, oltre che al tempo che essi vi possono dedicare. In ogni caso, vengono selezionati spunti ed esercizi compatibili con le conoscenze dei ragazzi, ma interessanti ed esemplificativi di come la matematica sia argomento di ricerca. Descrizione statistica di sistemi dinamici Argomento: introduzione al concetto di sistema dinamico discreto e discussione di esempi ad un grado di liberta' in cui le traiettorie presentano un comportamento caotico, cosi' da giustificare un'analisi statistica. Gli studenti dovrebbero studiare almeno un breve articolo introduttivo di carattere poco tecnico ed imparare ad usare dei semplici programmi di simulazione per visualizzare le proprieta' dei sistemi considerati. Numero massimo 2 studenti Riferimento: Prof. G.Benfatto Tel. 0672594698 e-mail: [email protected] Meccanica Celeste: dinamica di pianeti e satelliti del sistema solare Si propone una introduzione ai principali problemi della Meccanica Celeste con particolare riferimento al problema dei tre corpi, risonanze, interazione tra moti di rotazione e rivoluzione. Come guida agli argomenti proposti si potranno utilizzare dei programmi al calcolatore di simulazione del moto di corpi celesti. Non e' richiesta la conoscenza di linguaggi di programmazione. Numero massimo 2 studenti Riferimento: Prof. A. Celletti Tel. 72594661 e-mail: [email protected] Caos e modelli non deterministici. Disordine e dimensione frattale Tesina teorica con possibilita' di avvio alla simulazione numerica. Numero massimo 5 studenti Riferimento: Dott. M. Abundo Tel. 0672594627 e-mail: [email protected] Significato geometrico del fattoriale, numeri pseudo-casuali e il numero e di Nepero. Numero massimo 2 studenti Riferimento: 10 Dott. M. Abundo Tel. 0672594627 e-mail: [email protected] Processi non deterministici e sistemi senza memoria. Le catene di Markov Numero massimo 2 studenti Riferimento: Dott. M. Abundo Tel. 0672594627 e-mail: [email protected] Sullo sviluppo binario della parte frazionariadei numeri reali. Numero massimo 3 studenti Riferimento: Dott. M. Abundo Tel. 0672594627 e-mail: [email protected] I solidi platonici e le loro simmetrie E' ben noto che nel piano esistono poligoni regolari con n lati per ogni intero n maggiore o uguale a 3. Cosa succede passando allo spazio? Quanti sono i poliedri regolari? Scopriremo che ci sono solo 5 poliedri regolari, i cosiddetti solidi platonici. Potremo costruirli ed esaminarne le simmetrie. Numero massimo 5 studenti Riferimento: Prof. G.M. Piacentini Cattaneo Tel. 0672594682 e-mail: [email protected] Metodi per fattorizzare un intero e numeri primi Ogni intero si puo' fattorizzare in numeri primi (teorema fondamentale dell'aritmetica): ad esempio 10=2x5, 18=2x3x3, ecc. Ma se prendiamo un intero arbitrario, siamo capaci di trovare i suoi fattori primi (o anche semplicemente fattorizzarlo come prodotto di due interi piu' piccoli)? Daremo dei metodi utili per fattorizzare un intero, vedremo come fare per scoprire se un numero e' primo o per trovare i primi minori di un intero assegnato, vedremo alcune congetture sui numeri primi e soprattutto faremo vedere che la fattorizzazione di un intero grande (diciamo con 100 e piu' cifre) e' un problema difficilissimo, sul quale si basa la sicurezza di certi sistemi crittografici. Questa tesina e' in un certo senso legata alla successiva: “Come trasmettere messaggi in modo sicuro?” Numero massimo 5 studenti Riferimento: Prof. G.M. Piacentini Cattaneo Tel. 0672594682 e-mail: [email protected] Come trasmettere messaggi in modo sicuro (introduzione alla crittografia) Come possiamo trasmettere informazioni in modo che solo persone autorizzate siano 11 in grado di capirle? Il problema della trasmissione sicura di informazioni e' un problema vecchio di migliaia di anni, che e' estremamente attuale ai giorni nostri. Scopo della presente tesina e' cercare di offrire allo studente degli spunti per addentrarsi nella cosiddetta crittografia. Esamineremo in primo luogo i primi metodi classici di crittografia, a partire dalle Storie di Erodoto, o ai cifrari di Giulio Cesare, per arrivare ai macchinari per cifrare adottati nella seconda guerra mondiale. In un secondo momento vedremo come la matematica fornisca uno strumento formidabile per l'impostazione di un crittosistema, e parleremo della rivoluzione avvenuta negli anni 70 con l'avvento della cosiddetta crittografia a chiave pubblica. Numero massimo 5 studenti Riferimento: Prof. G.M. Piacentini Cattaneo Tel. 0672594682 e-mail: [email protected] Modelli probabilistici per problemi di lanci successivi. Studio di fenomeni di prove casuali ripetute, come ad esempio lanci successivi di una moneta (non necessariamente equilibrata). Si vedra` quali sono i problemi piu` interessanti e come affrontarli, con un po' di matematica e l'uso del computer. Numero massimo 2 studenti Riferimento: Dott. B. Pacchiarotti Tel. 0672594616 e-mail: [email protected] Combinatoria e probabilita` Studio di alcuni problemi classici della probabilita` discreta. Accanto ad elementi di teoria, eventualmente, verranno sviluppate sperimentazioni numeriche al calcolatore. E` utile saper capire testi in inglese Numero massimo 2 studenti Riferimento: Prof. G. Scalia Tomba Tel. 0672594769 e-mail: [email protected] Statistica inferenziale semplice. Introduzione alla statistica (sondaggi...). Accanto ad elementi di teoria, eventualmente, verranno sviluppate sperimentazioni numeriche al calcolatore. E` utile saper capire testi in inglese Numero massimo 2 studenti Riferimento: Prof. G. Scalia Tomba Tel. 0672594769 e-mail: [email protected] 12 13