Laboratorio di elettronica

BOZZA
VERBALE DELLA RIUNIONE DEL 10/11/00 DELLA COMMISSIONE PER LA
RIFORMA DEL CORSO DI LAUREA
La commissione per la riforma del corso di laurea in fisica si è riunita il 10-11-00.
Sono presenti i Proff: S.Gliozzi, M.Bolognesi, C.Becchi, P.Ottonello,, S.Terreni, P.Zanghì, A.Levi,
R. Festa, E.Beltrametti, S.Vitale, Luzzato, Cacciamani, M.Putti, A.Santroni.
Sono inoltre presenti i rappresentatnti degli studenti R. Capra e M. Cirafici.
L’ordine del giorno della riunione:
1
2
Presentazione dei percorsi formativi
Lauree o indirizzi
1. Santroni inizia la riunione mostrando la tabella riportata in allegato in cui sono riassunti tutti gli
insegnamenti obbligatori con i relativi crediti e ambito di appartenenza (attività formative). In tale
schema sono evidenziati gli spazi dove si devono inserire i corsi opzionali e l’ambito a cui devono
appartenere. Da tale tabella risulta che tutti i requisiti imposti dal decreto per l’appartenenza alla
classe Scienze e Tecnologie Fisiche possono essere soddisfatti.
In tabella viene evidenziato inoltre che il numero di insegnamenti complessivi per i tre anni è
maggiore di 30. L’auspicio della commissione è quindi che i corsi opzionali proposti siano di
almeno 5 crediti in modo da non aumentare il numero di corsi e quindi di esami che lo studente
deve superare.
Si procede quindi con la presentazione dei percorsi formativi che in seguito alle discussioni portate
avanti dai responsabili individuati nella riunione precedente sono i seguenti (le denominazioni sono
provvisorie):





Generale
Biofisico-informatico
Fisica ambientale
Fisica-Computazionale
Fisica Elettronica e Tecnologie Fisiche
Rispetto alla riunione precedente non viene più proposto un percorso formativo di Fisica della
Materia né un percorso di Fisica Sanitaria. Corsi appartenti a queste categorie saranno offerti nel
percorso formativo Generale.
Percorso formativo Generale
C.Becchi illustra il percorso formativo Generale (i documenti presentati sono allegati al verbale)
Tale percorso è strutturato in modo tale che lo studente debba scegliere obbligatoriamente 3 corsi
all’interno di una lista A e 3 corsi all’interno di una seconda lista B.
La lista A contiene fra l’altro corsi come Metodi matematici 2, Meccanica razionale 2, Meccanica
quantistica 2, etc. a complemento dei corrispondenti corsi obbligatori. Oltre a questi la lista A
contiene i 2 o 3 corsi di base nei vari settori.
La lista B contiene tutti i corsi opzionali offerti dai vari percorsi formativi che non abbiano bisogno
di prerequisiti.
1
Becchi fa notare che al momento nella lista A mancano, perché non ancora proposti, corsi con
vocazione culturale con argomento Ottica, Astrofisica e auspica che tali mancanze vengano
colmate.
La commissione approva lo schema proposto e ribadisce che il percorso Generale è quello che deve
portare alle lauree specialistiche senza debiti formativi a differenza degli altri percorsi che, essendo
intesi come professionalizzanti, possono comportare debiti per chi vuole continuare con le lauree
specialistiche.
La commissione ritiene inoltre che il percorso formativo generale non debba essere suddiviso in
indirizzi che ricordino quelli scientifici tradizionali.
Percorso formativo Biofisico-Informatico
M. Bolognesi a completamento di quanto presentato nella riunione precedente (documenti allegati
al verbale) illustra il percorso bio-informatico che risulta strutturato con tre corsi obbligatori e due
possibili percorsi opzionali il primo a carattere più biofisico e il secondo a carattere più informatico.
CORSI COMUNI:
Biofisica Fisica Biologica
Bioinformatica1
-PRIMO PERCORSO:
Biofisica computazionale
Laboratorio di Biofisica
-SECONDO PERCORSO:
Bioinformatica2
Algoritmi adattativi
Percorso formativo di Fisica Ambientale
R.Festa illustra il percorso di Fisica Ambientale (i documenti presentati sono allegati al verbale)
CORSI CARATTERIZZANTI.







Dinamica dei fluidi (5 crediti)
Fisica dell’atmosfera (5 crediti)
Fisica dell’oceano (5 crediti)
Laboratorio di Fisica Ambientale (5 crediti)
Chimica Ambientale (5 crediti)
Radioattività (5 crediti)
Metodi e modelli statistici e probabilistici (5 crediti).
I primi quattro corsi indicati si intendono obbligatoriamente caratterizzanti il percorso formativo in Fisica
Ambientale.
I corsi di Chimica Ambientale, Radioattività e Metodi e modelli statistici e probabilistici vanno considerati in
alternativa in modo da garantire la soglia superiore di 25 crediti per l’intero percorso formativo.
Si assume inoltre che Radioattività e Modelli e metodi e modelli statistici e probabilistici siano attivati già in
altri percorsi formativi.
2
Percorso formativo di Fisica computazionale:
Zanghì presenta il percorso di Fisica computazionale (i contenuti dei corsi sono riportati in allegato
al verbale):
CORSI CARATTERIZZANTI:




Fisica Computazionale (8 cred.)
Meccanica dei Fluidi e Sistemi Dinamici(5 cred.)
Fisica Statistica (5 cred.)
Corso informatico (5 cred.)
Percorsoformativo di Fisica Elettronica e Tecnologie Fisiche:
Ottonello presenta il percorso (i contenuti dei corsi sono riportati in allegato al verbale):
CORSI CARATTERIZZANTI




Acquisizione dati e controllo (5.5 C al II anno, II semestre)
Laboratorio di elettronica (I modulo: 4 C al III anno)
Laboratorio di elettronica (II modulo: 3 C al III anno)
Elettronica (I modulo: 4 C al III anno)
CORSI A SCELTA














Elettronica (II modulo) (4 C al III anno)
Laboratorio di calcolo II (3 Cr al I anno, II semestre )
Cibernetica e teoria dell’informazione (4 C al III anno)
Fondamenti di progettazione di VLSI (4 C al III anno)
Fabbricazione di dispositivi microelettronici (4 C al III anno)
Antenne e guide d’onda nelle telecomunicazioni (4 C al III anno)
Ottica e optoelettronica (4 C al II/III anno)
Sistemi e Tecnologie della Comunicazione (I modulo: 4 C al III anno)
Sistemi e Tecnologie della Comunicazione (II modulo: 4 C al III anno)
Proprietà ottiche dei materiali (4 C al III anno)
Laboratorio di Fisica, tecnologia ed applicazioni dell’ultra alto vuoto
Laboratorio di Produzione, misura ed applicazioni delle basse temperature”
Laboratorio di fisica dei materiali
Corso di statistica applicata alla fisica ed analisi dati Complementi di probabilità e
statistica (3 Cr al II/III anno)
La commissione suggerisce che i moduli vengano accorpati in modo che ognuno valga almeno 5
crediti al fine di non far crescere troppo il numero degli esami.
Inoltre Terreni fa notare che i contenuti della prima parte del corso di Elettronica, sono già presenti
nel corso di Introduzione alla Fisica dei Solidi. Si auspica quindi che ove necessario i contenuti
vengano ristrutturati in modo da non avere ripetizioni.
La riunione si chiude e si rimanda a mercoledì 15 novembre la discussione sull’attivazione di una o
più lauree in ambito della classe di Scienze e Tecnologie Fisiche
3
Schema riassuntivo della stuttura elaborata al 15-11-00
delle lauree della classe Fisica e tecnologie Fisiche
Anno
Insegnamenti
CFU Ore SSD Ambito
1
1 Fisica generale IA
8,5
70 FIS 01
b
1
2 Laboratorio 1A
6
FIS 02
b
1
3 Laboratorio di calcolo
3
FIS 01
f
1
4 Analisi matematica1A
7,5
60 MAT
a
1
5 Geometria 1A
4
32 MAT
a
1
6 Fisica generale 1B
7,5
60 FIS 01
b
1
7 Laboratorio 1B
5,5
FIS 02
b
1
8 Analisi matematica 1B
5
40 MAT
a
1
9 Geometria 1B
4
32 MAT
a
1
10 Chimica 1
3
30 CHIM
c
1
11 Lingua inglese
3
24
e
1
12 Corso a scelta
3
2
13 Fisica generale 2A
8,5
70 FIS 01
b
2
14 Analisi matematica 2A
7,5
60 MAT
c
2
15 Laboratorio 2A
5
FIS 01
b
2
16 Meccanica razionale
5
40 MAT
c
2
17 Chimica 2
3
30 CHIM
c
2
18 Fisica generale 2B
7,5
60 FIS 01
b
2
19 Metodi matematici della fisica
5
40 FIS 02
b
2
20 Laboratorio 2A
5,5
FIS 01
b
2
21 Fisica moderna
7,5
60 FIS 02
b
2
22 Corso a scelta caratterizzzante il percorso
5,5
3
23 Meccanica quantistica
6,5
50 FIS 02
b
3
24 Struttura della materia
6
48 FIS 03
b
3
25 Laboratorio 3A
6
FIS 01
b
3
26 Fisica nucleare e subnucleare
6
48 FIS 04
b
Corsi a scelta catterizzanti il percorso
3
271: xx
5,5
3
282: yy
5
f
3
293: zz
Corsi a scelta
3
30 1: mm
5
d
3
31 2: nn
5
d
3
32 3: pp
5
3
33 6: ww oppure stage
4
f
3
Prova finale
6
e
Totale
Totali CFU a
(esclusi i corsi 12, 22, 32) 20,5
b
91
c
18,5
d
10
CFU
I anno
60
II anno
60
III anno
60
180
e f
9 12
Suddivisione CFU
4
161,0
Corsi obbligatori
Corsi a scelta caratterizzanti il percorso
Corsi a scelta
Prova finale
a:
b:
c:
d:
e:
f:
Attivita' formative
Attivita' formative di base
Attivita' formative caratterizzanti
Attivita' formative affini o integrative
Attivita' formative a scelta dello studente
Attivita' formative prova finale e lingua
Attivita' formative "altre "
136
16
22
6
Totale 180,0
Decr.
>18
>50
>18
>9
>9
>9
5
14/11/00
POSSIBILI PERCORSI FORMATIVI
Percorso formativo BIOFISICO-INFORMATICO
Si prevede l'attivazione di 7 moduli (40 h, 5 crediti cad.) secondo il seguente schema:







Biofisica
Fisica Biologica
Bioinformatica I (basi)
Bioinformatica II (applicazioni)
Algoritmi computazionali adattivi
Biofisica computazionale
Laboratorio di Biofisica
(possibili docenti, nell'ordine: Bolognesi, Ghiozzi, Verri-Bordo-altri, Riani, Rolandi, Robello)
Biofisica
Legami chimici covalenti e strutture molecolari. Principali classi di molecole organico-biologiche e
costituzione di polimeri (acidi nucleici, proteine, polisaccaridi): proprieta' fisiche spettroscopiche e
stereo-chimiche.
Struttura e funzione degli acidi nucleici (varie forme di DNA e RNA) e loro integrazione nel
genoma. Struttura del ribosoma. Cenni alle principali linee di ricerca genomica. DNA-chips.
Struttura e funzione delle proteine. Livelli di organizzazione strutturale, correlazione con l'attivita'
biologica (esempi di letteratura). Evoluzione molecolare, conservazione di folds e topologie
proteiche. Catalisi enzimatica: cinetica e meccanismi di azione di alcune classi di enzimi di
interesse applicativo o biomedico.
Cenni ai principali metodi di indagine biofisica su macromolecole biologiche. Breve analisi dei
principali data bases strutturali relativi ad acidi nucleici e proteine.
Fisica biologica
Le principali molecole di interesse biologico
I lipidi. I glucidi. Gli acidi nucleici e i nucleotidi.
Organizzazione cellulare
Archea eubatteri e eucarioti.
La membrana cellulare
La matrice fosfolipidica. Dissimetria strutturale. Le proteine delle membrane cellulari.
Il citoplasma e gli organuli citoplasmatici
I ribosomi. Il citoscheletro. Il reticolo endoplasmatico. L’apparato del Golgi. I lisosomi.
Il nucleo
La mitosi. La meiosi. La biosintesi delle proteine.
Scambi tra cellula e ambiente
Equilibri termodinamici. Processi di trasporto. Trasporto attivo. Potenziale di membrana delle
cellule.
Genesi del potenziale d’azione
Basi molecolari dell’eccitabilità. Canali ionici. Propagazione del potenziale d’azione.
Le sinapsi
Sinapsi elettriche e sinapsi chimiche.
6
Corsi di tipo informatico:
Un corso "DI SERVIZIO" introduttivo all'Informatica tenuto al primo anno. Aggiustamento (8-10
ore) di questo corso per venire incontro alle necessita' del corso di BASI DI DATI ma
sostanzialmente un corso introduttivo classico di area K tenuto per studenti non di informatica.
Bioinformatica i
(BASI DI DATI il cui programma si ottiene limando il programma attuale di basi di dati I)
aspetti introduttivi, evoluzione nei sistemi di gestione dati. Obiettivi e servizi di un DBMS. Modelli
dei dati: concetti di base, evoluzione. Linguaggi di accesso e manipolazione.
Modelli tradizionali dei dati: il modello relazionale, il linguaggio SQL, il modello EntityRelationship. Metodologie per la progettazione di basi di dati.
Teoria della normalizzazionei. Cenni all'architettura di un DBMS. Cenni a basi di dati dati
relazionali ad oggetti.
BIOINFORMATICA II
(possibili denominazioni ELABORAZIONE DELL'INFORMAZIONE GENOMICA?, BIOLOGIA
COMPUTAZIONALE?, BIOINFORMATICA?)
Cenni alla genetica molecolare. Allineamento di sequenze a coppie. Programmazione dinamica.
Allineamento di sequenze multiple. Hidden Markov Models e algoritmo EM. Ricerca dei geni nel
DNA.
Dati di espressione di geni e medicina molecolare.
Feature selection e pattern recognition. Alberi filogenetici. Predizione della struttura di proteine.
Per entrambi i due ultimi corsi e' utile prevedere guest lectures da affidare a esperti che lavorano
alle basi di dati genomiche e nel campo dell'elaborazione dell'informazione genomica.
Biofiscia computazionale (40 h - 5 crediti)
Struttura dei principali data base rilevanti. Metodi e algoritmi di allineamento di sequenze in acidi
nucleici e proteine.
Allineamenti multipli di sequenze e ricerca di sequenze omologhe. Alberi filogenetici. Ricerche per
omologia su genomi.
Ricerca di folds proteici per omologia. Metodi di computer grafica per il trattamento delle strutture
macromolecolari in tre dimensioni. Calcolo di potenziale elettrostatico alla superficie
macromolecolare. Algoritmi di docking.
Principi e metodi di meccanica e dinamica molecolare applicati a proteine
e acidi nucleici.
Programmazione in C++ (15 h)
Algoritmi e metodi adattativi per l'elaborazione dell'informazione.
Proprietà di elaborazione degli organismi biologici: robustezza, tolleranza di errori, flessibilità,
adattabilità, elevato parallelismo.
La computazione neurale come paradigma di calcolo imitante tali proprietà.
Neurone di Mc Culloch e Pitts. Reti di neuroni. Apprendimento.
Le memorie associative. Il modello di Hopfield. Applicazioni a problemi di ottimizzazione.
Le reti feed-forward. Il percettrone semplice. Apprendimento da esempi. Il percettrone multistrato.
Regola di apprendimento per il percettrone multistrato: back propagation. Applicazioni ed esempi.
Le reti ad apprendimento non supervisionato. Auto-organizzazione ed estrazione di features. Analisi
delle componenti principali.
Apprendimento competitivo. Mappe di Kohonen.
Gli algoritmi genetici. Proprietà ed applicazioni.
7
Laboratorio di biofisica
Il corso potrebbe essere costituito da 10 lezioni teoriche ciascuna di 2 ore seguite da 10 esercitazioni
pratiche di 4 ore ciascuna per un totale di 20+40 ore.
Gli argomenti delle 10 lezioni teorico-pratiche potrebbero essere i seguenti:
1. Soluzioni ed elettroliti - Dissociazione elettrolitica - Equilibri ionici in soluzione - pH di una
soluzione - Sistemi tampone.
2. Organizzazione ed attrezzatura di un laboratorio per colture cellulari - Metodi di sterilizzazione
- Tipi di linee cellulari.
3. Metodi di purificazione di proteine - Tecniche centrifugative ed elettroforetiche.
4. Elettroforesi su poliacrilamide in SDS - Punto isoelettrico - Determinazione del peso molecolare
- Blotting.
5. Spettrofotometria - Studio di cinetiche enzimatiche - Interazione luce/materia - Legge di
Lambert/Beer.
6. Principi di fluorescenza - Tecniche di marcatura - Sonde fluorescenti sensibili a ioni, pH,
potenziale.
7. Immunofluorescenza, anticorpi primari e secondari - Marcatura di neurotrasmettitori.
8. Microscopia confocale in fluorescenza - Sistemi a scansione - Sezionamento ottico - Sorgenti
laser in continua.
9. Sorgenti laser pulsate - Microscopia in fluorescenza con eccitazione a due fotoni Fotodanneggiamento di un campione biologico.
10. Software per analisi di immagine e per la ricostruzione tridimensionale di un preparato
biologico.
8
Percorso formativo MODELLISTICO COMPUTAZIONALE
Corsi caratterizzanti.




Fisica Computazionale ( 60h=8 cred.)
Meccanica dei Fluidi e Sistemi Dinamici(40h=5 cred.)
Fisica Statistica (40h=5 cred.)
corso informatico (40h=5 cred.)
Fisica computazionale
1. Richiami di Probabilita' e teoria dei processi stocastici
a) Legge dei grandi numeri
b) Teorema del limite centrale
c) Catene di Markov e processi stocastici
*Simulazioni numeriche:
i) Generatori di numeri casuali
ii) Metodi Mante Carlo per integrali (a)
iii) Cammino casuale (a, b)
iv) Modello di Eherenfest per la convergenza all'equilibrio (c)
2. Moto Browniano
a) Teorie classiche del moto browniano
b) Equazioni di Fokker-Planck
c) Cenni sulle equazioni diffenziali stocastiche
*Simulazioni numeriche:
i) Verifica della relazione di Einstein (a)
ii) Integrazione numerica dell'equazione di Langevin (a,b)
iii) Soluzione probabilistica dell'equazione del calore (c)
3. Termodinamica e fenomeni critici
a) Modello di Ising
b) Metodi analitici per lo studio del modello di Ising (soluzione
della catena, argomento di Peirls)
c) Algoritmo di Metropolis
d) Percolazione
*Simulazioni numeriche:
i) Studio numerico delle proprieta' termodinamiche del modelo di Ising
mediante l'algoritmo di Metropolis (calori specifici,
suscettivita', etc.)
ii) Determinazione numerica della soglia di percolazione.
Meccanica dei fluidi
APPROCCIO LAGRANGIANO E EULERIANO
Fluido Perfetto: equazioni di Eulero e vorticità
Fluidi Viscosi: Equazioni di Navier Stokes
Fluidi Comprimibili
Turbolenza: transizione turbolenta, il problema turbolenza sviluppata
Sistemi dinamici e caos
Fisica statistica
STATISTICA DELL’EQUILIBRIO, INSIEMI STATISTICI
Risposta Lineare
9
Fenomeni critici
Modelli di sistemi complessi e disordinati
corso informatico a scelta
con contenuti di metodi di analisi numerica
10
Percorso formativo FISICA AMBIENTALE
Corsi Caratterizzanti.







Dinamica dei fluidi ( ~40h = 5 crediti)
Fisica dell’atmosfera ( ~40h = 5 crediti)
Fisica dell’oceano ( ~40h = 5 crediti)
Laboratorio di Fisica Ambientale ( ~40h = 5 crediti)
Chimica Ambientale ( ~40h = 5 crediti)
Radioattività ( ~40h = 5 crediti)
Metodi e modelli statistici e probabilistici ( ~40h = 5 crediti).
I primi quattro corsi indicati si intendono obbligatoriamente caratterizzanti il percorso formativo in Fisica
Ambientale.
I corsi di Chimica Ambientale, Radioattività e Metodi e modelli statistici e probabilistici vanno considerati in
alternativa in modo da garantire la soglia superiore di 25 crediti per l’intero percorso formativo.
Si assume inoltre che Radioattività e Modelli e metodi e modelli statistici e probabilistici siano attivati già in
altri percorsi formativi.
Dinamica dei fluidi
Prerequisiti: Fisica Generale, Matematica Generale
Il corso fornisce i fondamenti di fluidodinamica generale e di turbolenza necessari per lo studio
della fisica dell’atmosfera e della fisica dell’ oceano.
Approccio Lagrangiano ed Euleriano: concetti fondamentali.
Equazioni della fluidodinamica ( leggi di bilancio per la massa, la quantità di moto e
l `energia). Schemi di flusso particolari e teoremi di conservazione connessi.
Dinamica dei flussi incompressibili non viscosi: flussi irrotazionale, flussi rotazionali e flussi di
vortici.
Analisi dimensionale: omogeneità e similarità.
Dinamica dei flussi viscosi: soluzioni esatte, strato limite.
Stabilità fluidodinamica. Fenomeni ondosi in fluidodinamica generale.
Natura della turbolenza e sua descrizione statistica.
Dinamica della turbolenza e trasporto turbolento di quantità di moto e energia termica.
Strato limite turbolento.
Dispersione in regime turbolento
Fisica dell’atmosfera
Prerequisiti: Fisica Generale, Matematica Generale, Dinamica dei fluidi
Il corso fornisce una descrizione sintetica ma abbastanza generale della dinamica e termodinamica
dell’atmosfera terrestre e dei suoi comportamenti rilevanti
Struttura e costituzione fisico-chimica dell’atmosfera terrestre.
Irraggiamento solare: bilanci energetici su varie scale spaziali e temporali. Caratteristiche
climatiche globali.
Termodinamica atmosferica.
Dinamica atmosferica.
Nubi e precipitazioni.
Sistemi meteorologici su piccola scala. Sistemi meteorologici su scala sinottica alle medie e alle
basse latitudini.
Lo strato limite atmosferico: struttura e dinamica.
11
Dinamica atmosferica spettrale
Fisica dell’oceano
Prerequisiti: Fisica Generale, Matematica Generale, Dinamica dei fluidi
Il corso fornisce una descrizione sintetica ma abbastanza generale della dinamica e termodinamica
oceaniche e dei suoi comportamenti rilevanti
Equazione di stato, variabili termodinamiche, valori di grandezze termodinamiche per
l’oceano.
Risposta di un bacino oceanografico a termini forzanti
Stress superficiale da vento e spirale di Ekman.
Flussi baroclini e barotropici in mare. Equazioni in acqua bassa.
Teoria statica e dinamica delle maree.
Co-oscillazioni di marea in bacini semichiusi. Costanti armoniche di marea e loro verifica
sperimentale attraverso l’elaborazione di dati di livello.
Uso di modelli numerici per la risoluzione delle equazioni di Navier Stokes in bacini
oceanografici.
Richiami di calcolo numerico, studio condizioni di stabilità e di ottimizzazione per la
risoluzione di sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali.
Laboratorio di fisica ambientale
Prerequisiti: Fisica Generale, Matematica Generale
Il corso fornisce elementi su alcune metodologie fisiche utilizzate per il controllo e lo studio
dell'ambiente:
1) Radiazioni ionizzanti (14 h):
- La struttura del nucleo. Decadimenti radioattivi. Interazione radiazione-materia
- Effetti biologici delle radiazioni e cenni di radioprotezione
- Tecniche di misura di contaminazioni radioattive in matrici ambientali
2) Radiazioni non ionizzanti (10 h):
- Richiami di propagazione em e aprossimazioni pratiche
- Fonti di inquinamento in ambienti di vita e di lavoro: aspetti normativi e bonifica
- Caratterizzazione di un sito: misure in banda larga. Analisi in frequenza: misure di spettro
3) Inquinamento acustico (8h):
- Richiami di acustica. - Tipi e classi di precisione degli strumenti di misura
- Caratterizzazione acustica del territorio
- Il controllo dei requisiti acustici passivi, determinazione della potenza sonora
4) Inquinamento atmosferico (8h):
- Principali inquinanti atmosferici: origine e legislazione
- Metodi di misura degli inquinanti gassosi
- Campionamento ed analisi del particolato atmosferico
Chimica ambientale
Prerequisiti: Fisica Generale, Matematica Generale, Chimica
Il corso fornisce una descrizione sintetica della chimica rilevante nei fenomeni atmosferici e
oceanici e in particolare della chimica degli inquinanti in ambiente antropizzato.
I contenuti teorici e sperimentali del corso sono attualmente in via di definizione con l’ Area
Chimica.
12
Percorso formativo ELETTRONICA E TECNOLOGIE FISICHE
Corsi caratterizzanti
Acquisizione dati e controllo
Proposto da M.Marinelli, M.Pallavicini
(5.5 C al II anno, II semestre)
Acquisizione delle informazioni base sia sull'hardware sia sul software e completamento di
semplici esercitazioni didattiche fortemente guidate. Il controllo di processo.
- Generalita' su acquisizione dati
- Hardware per la DAQ:
- Rudimenti di architettura PC e WorkStations
- Porte di comunicazione standard: seriale, parallela
- Bus di comunicazione: SCSI, Ethernet
- VME
- Interfaccia con gli strumenti: GPIB
- Lettura dati:
- Interrupt e Polling
- Software commerciali e librerie
- Drivers
- Comunicazione fra calcolatori e/o fra processi
- Manipolazione dati
- Utilizzo di Data Base client / server
- Esempi in ambiente Windows e/o Linux
1Avere una buona conoscenza del processo, della ragione per cui e' richiesto il
controllo e delle prestazioni richieste (precisione, tempo di risposta,...).
2Individuare le principali cause di disturbo e stimarne l'entita'.
3Effettuare un modello del processo (anche in presenza di eventuali non linearita'),
che lo approssimi quanto basta, per la progettazione del sistema di controllo.
4Misura dei parametri dominanti del processo (poli significativi, guadagno....).
5Scelta dello stadio attuatore per contrastare i disturbi e poter ottenere le prestazioni
richieste al controllo.
6Definizione della legge di controllo che permette di applicare al processo, tramite lo
stadio attuatore, l'input della giusta entita' al momento giusto.
7Controllore analogico: realizzare la legge di controllo tramite componenti analogici.
Utilizzare gli amplificatori operazionali per costruire filtri attivi (banda passante,
drift, saturazioni...)
Attività di laboratorio (esempi)
-Controllo della temperatura del suscettometro.
-Controllo analogico per levitare oggetti ferromagnetici.
Il tempo di risposta deve essere piu' breve di quello necessario al disturbo per portare
l'oggetto levitante fuori della zona di controllo.
-Controllo della temperatura di un bagno di elio liquido a 1E-4K.
-Controllo digitale dello SQUID: lo studente vede il quanto del flusso del campo
magnetico prodotto da uno SQUID all'azoto liquido e controllato tramite PC dal software
realizzato dallo studente
-Misura di cicli di isteresi di materiali ferromagnetici: lo studente deve realizzare un
generatore di corrente ed acquisire dati.
-controllo di velocita' e posizione di un albero rotante.
Laboratorio di elettronica
13
Proposto da P.Ottonello
(I modulo: 4 C al III anno)
A) Elaborazione analogica del segnale
Processi aleatori: funzione di autocorrelazione e densita' spettrale. Il rumore nei dispositivi
elettronici: intrinseco, di modulazione, man-made. Rapporto segnale-rumore, figura di
rumore di un amplificatore, temperatura di rumore. Esempi. Correlatori reali. Applicazione
alla rivelazione di segnali periodici corrotti da rumore e alla determinazione della funzione
di risposta all'impulso di sistemi lineari. Filtro ottimo per un segnale. Rivelazione sincrona.
Tecniche di media sul segnale.
B) Elaborazione numerica del segnale
Segnali e sistemi a tempo discreto, sequenze. Convoluzioni di successioni. Stabilita' e
causalita'. Campionamento di segnali a tempo continuo. Ricostruttore ideale e di ordine
zero. Cenni sulla Trasformata z. Tecniche di progetto di filtri IIR, soluzione numerica
dell'equazione differenziale; filtri FIR. Filtraggio adattativo: concetti di base. Osservazioni
relative all'uso corretto dell'algoritmo di FFT: valutazione del risultato ai fini della stima
dello spettro del segnale di ingresso.
Attività di laboratorio (esempi)
 Terminazione di guide d’onda: individuazione di nodi e ventri, formazione di impulsi,
coefficiente di riflessione.
 Misura di frenamento magnetico di dischi metallici: l’acquisizione dati ad alta velocità
(scheda PCI di I/O digitale) è necessaria per ottenere la precisione richiesta.
 Utilizzo di Matlab; in particolare, elaborazione dei dati acquisiti nella misura di
frenamento magnetico per il calcolo delle conducibilità dei metalli costituenti i dischi.
 Verifica sperimentale delle caratteristiche di rumorosità di un amplificatore.
Laboratorio di elettronica
Proposto da M.Marinelli, P.Ottonello, M.Pallavicini
(II modulo: 3 C al III anno)
Obiettivo: mettere in pratica le nozioni apprese nel corso di Acquisizione dati e controllo e
nel modulo I dello stesso laboratorio di elettronica, realizzando progetti completi, a gruppi
(ulteriori nozioni di teoria quando necessarie).
Il lavoro dovra' includere le fasi seguenti:
- comprendere le problematiche della misura in oggetto e identificare gli strumenti e la
tecnica sperimentale idonea
- realizzare il sistema di controllo (analogico o digitale) e la lettura automatica degli
strumenti o realizzare piccoli strumenti dedicati (per esempio programmare un DSP per
una specifica funzione)
- scrivere il software relativo, usando oggetti commerciali come LabView o simili oppure
direttamente, se le modalità dell’esperienza lo richiedono
- effettuare le misure complete arrivando ad un risultato di fisica; discutere criticamente i
risultati
- scrivere una relazione completa (a molte mani) sul progetto, realizzando anche tutta la
documentazione necessaria a riutilizzare il sistema negli anni successivi.
Elettronica
Proposto da M. Marinelli)
(I modulo: 4 C al III anno)
Dispositivi Elettronici a Stato Solido
1Crystal properties and growth of semiconductors
2Energy bands and charge carriers in semiconductors
14
345-
Excess carriers in semiconductors
Junctions
p-n junction diodes
The juntion diode. Tunnel diode. Photodiode. Light-emitting
diodes. Fiber optics communications. Heterojunctions.
6Bipolar junction transistors
7Field-effect transistors
8Integrated circuits
Fabrication of monolitic circuits. MOS transistors. Charge
Transfer Devices
9Lasers: laser a gas ed a semiconduttore.
10p-n-p-n switching devices
11Negative conductance microwave devices
Corsi a scelta
Elettronica (II modulo)
Proposto da M .Marinelli
(4 C al III anno)
Trasduttori
1Physical principles of sensing
2Position, level and displacement
3Occupancy and motion detectors
4Velocity and acceleration
5Force and strain sensors
6Pressure sensors
7Flow sensors
8Acoustic sensors
9Humidity and moisture sensors
10Light detectors
11Radiation detectors
12Electromagnetic field detectors
13Temperature sensors
14Chemical sensors
15Sensor technologies
Laboratorio di calcolo II
Proposto da P.Morettini
(3 Cr al I anno, II semestre )
Complementi di calcolo numerico: tecniche di integrazione e soluzione numerica di equazioni
differenziali. Tecniche di Montecarlo. Manipolazione di istogrammi. I fondamenti dell'acquisizione
dati: Accesso a porta seriale e parallela; polling e interrupt; IO registers, contatori, ADC e DAC
come blocchi funzionali.
Automazione di alcune esperienze (tratte dal corso di Esperimentazioni I o preparate
appositemente) come illustrazione delle tecniche presentate.
Cibernetica e teoria dell’informazione
Proposto da M.Riani
(4 C al III anno)
Reti neurali per il pattern recognition (o per il riconoscimento di forme).
15
Capacità di elaborazione degli organismi biologici. Neuroni e sinapsi. Modello di neurone
di Mc Cullogh e Pitts. Apprendimento. Modello di Caianiello. Memorie associative.
Metodi statistici per il riconoscimento di forme. - Classificazione e regressione Preprocessing ed estrazione delle caratteristiche. Fit polinomiale di curve. Teorema di Bayes.
Minimizzazione del rischio. Esempio: il riconoscimento di caratteri.
Reti neurali a strato singolo. - Il percettrone semplice. Regola di apprendimento e prova
della sua convergenza. Pattern linearmente separabili. Critica di Minsky e Papert.
Reti multistrato. - Unità a soglia. Unità ad attivazione sigmoidale.
Algoritmo di back-propagation. Esempi ed applicazioni. Metodi di ottimizzazione
dell'algoritmo: momento, gradiente coniugato, Newton, quasi Newton, matrice Hessiana.
Minimi locali.
Apprendimento non supervisonato. - Apprendimento Hebbiano. Apprendimento
competitivo. Analisi delle componenti principali. Metodi di riconoscimento e separazione
di cluster. Autoorganizzazione ed estrazione di feature. Mappe di Kohonen. Esempi ed
applicazioni.
Fondamenti di progettazione di VLSI
Proposto da G.Darbo
(4 C al III anno)
Il corso da una visione introduttiva delle metodologie di disegno VLSI, orientato alla
tecnologia CMOS. Tale corso dovrebbe essere propedeutico ad un eventuale corso al
secondo biennio di VLSI avanzato. Il corso è principalmente dedicato al
VLSI digitale poiché si considera più probabile che lo studente che si rivolga all'ambiente
di lavoro trovi un più diretto impiego in applicazioni nel digitale. Il corso dovrebbe dare gli
sia le basi di tecnologia e fisica, sia gli elementi necessari allo sviluppo di un chip in
tecnologia CMOS (e/o un FPGA).
La parte di laboratorio può essere fatta appoggiandosi sul sistema CAE della Sezione
INFN usando il software Cadence e Synopsys. La competenza tecnica nel campo della
progettazione VLSI del Dr. R. Beccherle e dell'Ing. P. Musico sarebbero un valido
supporto per tale tipo di corso.
Per il Corso è richiesta una conoscenza di base d'elettronica digitale e alcune semplici
nozioni di base di meccanica quantistica e di struttura della materia. Inoltre è richiesta una
limitata esperienza di programmazione in C e del sistema Operativo Unix.
La parte di laboratorio si svilupperà con esercizi utilizzando il programma Verilog nella
prima parte del corso e dovrebbe concludersi con il progetto di un semplice circuito
digitale in Standard Cell.
1. Elementi digitali fondamentali: PassGate, Inverter, NAND, NOR, FF e Memoria.
Modelli per simulazione digitale (logica a tre valori "0", "1", "X"). Modelli di timing e
strenght dei segnali, contenzione dei segnali, meccanismo di trasporto dei ritardi.
2. Linguaggio di descrizione dell'hardware: Verilog. Descrizione a diversi valori
d'astrazione: Gate Level, Functional, Behavioural. Sintassi del linguaggio Verilog: esempi
di modelli.
3. Verifica temporale del circuito digitale: violazioni di set-up, hold, race condition, slack
time.
4. Fault Simulation: Modello S-a-0 S-a-1, Fault Simulator paralleli e concorrenti.
5. Tecnologia del processo CMOS: cristalli, serigrafia, impiantazione, diffusione. Esempio di
processo planare CMOS: maschere e passi del processo.
6. Logica CMOS:confronto con NMOS, Modello fisico del transistor NMOS e PMOS,
caratteristiche come switch (logica saturata), semplici strutture logiche (INV, NAND, NOR, etc....)
7. Tecniche di layout di semplici strutture CMOS (INV, NAND, etc.).
8. Cenni di sintesi logica mediante Synopsys: Verilog -> Netlist.
16
9. Stili e tools di layout: Full custom, Standard Cell, FPGA.
Fabbricazione di dispositivi microelettronici
Proposto da F.Gatti
(4 C al III anno)
Il corso vuole essere una introduzione alle principali tecnologie utilizzate per la fabbricazione di
dispositivi elettronici analogici attivi, passivi e digitali, nonche’ per la produzione di sensori. Il
corso vuole dare allo studente le conoscenze elementari necessarie per inserirsi in ambienti di
lavoro in cui si realizzano dispositivi microelettronici utlizzando sistemi di crescita di film sottili,
microlitografia e tecniche di etching in genere.
Il laboratorio vertera’ principalmente sulla fabbricazione dispositivi “ all metal film” e sul
micromachining del silicio e utilizzera’ parte dellla strumentazione della Sezione INFN del gruppo
dei rivelatori criogenici.
a. Caratteristiche dei sistemi da vuoto per i processi di produzione di film sottili.
b. Tecniche di produzione di film: vaporizzazione termica con resistenza e con cannone elettronico,
Sputtering DC e cenni allo Sputtering Reattivo,Glow Discharge Sputtering. Cenni alla Molecular
Beam Epitaxy e alla Pulsed
Laser Deposition.
c. Controllo dei processi di deposizione e diagnostica.
d. Processi microlitografici.
e. Wet e Plasma Etching.
f. Camere pulite: produzione e controllo di ambienti a bassa contaminazione.
Applicazioni in laboratorio: produzione di film a meandro per uno strain gauge o per un
termometro, lenti di fresnel su silicio, leve e ponti sospesi per accelerometro, etc. In laboratorio gli
studenti seguiranno un preciso schema assegnato per la produzione di un dispositivo.
Antenne e guide d’onda nelle telecomunicazioni
Proposto da R.Parodi
(4 C al III anno)
Scopo del corso e’ quello di fornire a studenti che seguono un indirizzo di studi a connotazione
elettronico le nozioni fondamentali inerenti la propagazione di onde elettromagnetiche, le antenne e
le guide d’ onda oggi largamente utilizzate per la trasmissioni dati e le telecomunicazioni.
Tali concetti stanno diventando importanti anche per quegli aspetti dell’ elettronica legati
all’utilizzo di dispositivi analogici, digitali e misti a causa dell’utilizzo di frequenze di lavoro
sempre piu alte.
Considerazioni su integrità, diafonia, e distorsioni dei segnali trasmessi, non sono piu, infatti,
schematizzabili mediante circuiti a costanti concentrate, ma richiedono l’utilizzo di una
formulazione in termini di campi elettromagnetici e propagazione per onde.
Il corso potrebbe essere utilizzato anche in connessione con corsi che trattano simulazioni
Numeriche, Fisica sanitaria relativamente alle radiazioni non Ionizzanti, Telecomunicazioni e reti,
proprietà dei materiali, rivelazione di fenomeni atmosferici.
1)equazioni di Maxwell per campi variabili nel tempo.
Nel vuoto e nei materiali isotropi e no) dielettrici artificiali materiali assorbenti.
Problema al contorno
Interazione di campi elettromagnetici con superfici conduttrici ideali (muro elettrico) e con perfetti
diamagneti (muro magnetico)
Penetrazione di campi elettromagnetici in conduttori reali e superconduttori.
Effetto pelle, effetto pelle anomalo, effetto pelle nei superconduttori,
2) Equazione delle Onde nello spazio libero,
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Antenne, diagrammi di radiazione, guadagno delle antenne, attenuazione di tratta, interferenza tra
onda riflessa e onda diretta(fading), rivelazione e misura di campi EM irraggiati da sorgenti
Industriali, apparati per telecomunicazioni, Impianti domestici (forni a microonde)
3) propagazione delle onde guidata, Equazione dei Telegrafisti, Guide d’ Onda a pareti metalliche,
attenuazione nelle Guide d’ Onda, ostacoli metallici e dielettrici in guide d’ onda, terminazione di
una guida d’ onda, Impedenza caratteristica di una guida d’ onda; onda diretta ed onda riflessa,
coefficienti di trasmissione e riflessione, parametri S.
4) Onde stazionarie in guide d’onda.
Cavita risonanti come sezioni di guide d’ onda, determinazione delle frequenze di risonanza. Fattore
di merito e perdite a radiofrequenza in risuonatori.Materiali assorbenti.
5) Propagazione di Onde elettromagnetiche in mezzi dielettrici con differenti costanti dielettriche
Angolo limite, onde evanescenti, Guide d’ onda dielettriche, guide di luce, fibre ottiche.Larghezza
di banda di un sistema di trasmissione.
Possibili attività Sperimentali (tesine ed attività di misura e simulazione mediante analizzatore di
reti e programmi specifici di simulazione di dipoitivi elettronici quali HFSS® antenne e sistemi di
trasmissione, HARMONICA®, SERENADE® simulazione di circuiti e dispositivi a radiofrequenza
della Ansoft che sono utilizzati da Gruppi INFN)
Ottica e optoelettronica
Proposto da E.Piano, prevista la partecipazione di specialisti della Marconi
(4 C al II/III anno)
ESPI (Electronic Speckle Patter Inteferometry), impiegata anche nella diagnostica della
crescita di cristalli;
Fiber Bragg Grating;
elementi di optoelettronica (cenni sui laser a semiconduttore, problematica della
trasmissione dati su fibra)
Sistemi e Tecnologie della Comunicazione
Proposto da S. Terreni
(I modulo: 4 C al III anno)
Introduzione alle reti di elaboratori, aspetti HW e SW.
Reti locali e reti geografiche. Architettura di rete. Standardizzazione delle reti. Il modello
di riferimento OSI. Internet.
Lo strato fisico:
Trasmissione dei dati digitali. Caratterizzazione del segnale da trasmettere.
Caratterizzazione del canale di comunicazione. Massima capacità di trasmissione per un
canale ideale e per un canale rumoroso. Tecniche di modulazione.
"Multiplexing" a
divisione di frequenza e a divisione di tempo.
Trasmissione di dati sulle linee ad alta
velocita': gerarchie digitali(PDH, SDH).
Caratteristiche dei mezzi trasmissivi (cenni)
Lo Strato di collegamento dati: Costruzione del frame. Controllo degli errori: codici di
correzione e codici di rivelazione degli errori. Controllo del flusso.
Protocolli elementari di collegamento dati: Stop and wait, Finestra scorrevole.
La macchina a stati finiti per la specificazione e la verifica dei protocolli.
Il sottostrato di accesso al mezzo di comunicazione: Allocazione dei canali statica e
dinamica. Protocolli di accesso multiplo. Lo standard 802 dell'IEEE per le reti locali
Segmentazione con Bridge e Switch.
Lo Strato di Rete: Servizi forniti, in relazione alle prestazioni della sottorete di
comunicazione. Circuiti virtuali e datagrammi. Algoritmi di instradamento.
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Algoritmi di controllo della congestione. Interconnessione di reti.
Protocolli di risoluzione dell'indirizzo IP. Il protocollo IP.
Lo Strato di Trasporto: Le classi OSI di protocollo di trasporto. Gestione delle connessioni.
Attivazione e rilascio delle connessioni. Il protocollo TCP.
Sistemi e Tecnologie della Comunicazione
Proposto da S. Terreni
(II modulo: 4 C al III anno)
Modulazione dei segnali analogici in ampiezza, in frequenza, in fase.
Tecniche di modulazione dei segnali digitali.
Mezzi di trasmissione con particolare riferimento alle prestazioni (capacita' del canale): il
problema della attenuazione e distorsione del segnale. Radio pacchetti e telefonia cellulare.
Metodi di accesso al canale radio.
Sistemi di telecomunicazione digitale ad alta velocita'. Commutazione ad alta velocita' :
switching. Reti geografiche: commutazione di celle e ATM.
Reti locali ad alta velocita': Fast Ethernet, Gigabit, Lo standard FDDI ( Fiber Distributed
Data Interface ) .
Integrazione dei servizi digitali ad alta velocita': il sistema telefonico, il MODEM, Uso
della rete telefonica per la trasmissione dei dati: commutazione, multiplexing a divisione di
frequenza(FDM), multiplexing a divisione di tempo ( TDM ). Gerarchia digitale quasi
sincrona e sincrona . PDH, SDH, Sonet ISDN: la rete digitale di servizi integrati. BBISDN : la rete digitale di servizi integrati a larga banda.
Interconnessione di reti: Instradamento tra gateway interni: OSPF.
Instradamento tra
gateway esterni: BGP. Routing per IP mobile. IP versione 6.
Proprietà ottiche dei materiali
Proposto da L.Mattera
(4 C al III anno)
Radiation-matter interaction
Absorption and reflection of light from matter
Dielectric function
Description of the polarization state of light
Change of the polarization state of light upon reflection
Spectroellipsometric analysis of materials
Experimental configuration for spectroscopic ellipsometry measurements
Matrix description of optical components
Models to extract material parameters (dielectric function, thickness, morphology,
composition) from spectroscopic ellipsometry measurements
The course will end with an experimental part where the content of the course will be
applied to the analysis of simple materials (Si, Si covered by a film of native oxide, metal
films) on an experimental set-up devoted to spectroscopic ellipsometry studies of thin films
and multilayers.
Laboratorio di Fisica, tecnologia ed applicazioni dell’ultra alto vuoto
PROPOSTO DA PUTTI, CANEPA, GALLINARO
A. Basi fisiche
Interazioni intermolecolari . Collisioni nei gas.
Interazione molecola- superficie
B. Misure di pressione
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MISURE DI PRESSIONE TOTALE. VACUOMETRI PER VUOTO ED ULTRA ALTO VUOTO
Misure di pressione parziale: spettrometro di massa
C – Produzione dell’ultra alto vuoto
Materiali speciali
Pompe: turbomolecolari, a diffusione, criopompe e getters, ioniche
Progetto di sistemi UHV
Parte D – Esempi di applicazioni
Analisi di superficie
Deposizione di film sottili ed ultrasottili
Laboratorio di Produzione, misura ed applicazioni delle basse temperature”
PROPOSTO DA PUTTI, CANEPA, GALLINARO
A. Produzione delle basse temperature: liquidi criogenici e liquefattori
di gas
B. Trasferimento di calore
C. Stoccaggio e trasferimento dei gas liquidi
D. Introduzione al disegno di criostati
E . Misura e controllo di temperatura
F. Tecniche per la produzione di temperature estremamente basse
Laboratorio di fisica dei materiali
Metodi di misura e di controllo più comunemente usati a livello industriale per la verifica della
qualità dei materiali e/o dei prodotti (ultrasuoni, raggi X, liquidi penetranti, tecniche
magnetoscopiche, prove meccanoche, prove di durezza, di resilienza…)
Corso di statistica applicata alla fisica ed analisi dati
Complementi di probabilità e statistica
Proposto da R. Contri, M.R. Monge, M.A. Penco, F. Parodi
(3 Cr al II/III anno)
Stime:
Proprietà delle stime. Stima di maximum likelihood.
Teorema di Cramer-Rao (minima varianza).
Maximum likelihood (binned e unbinned), minimo chi quadro.
Intervalli di confidenza:
Interpretazione frequentista e bayesiana. Revisione critica
della distinzione tra errori massimi e statistici.
Test di ipotesi:
Metodo del rapporto delle likelihood. Test di Kolmogorov.
Classificazione, analisi discriminanti:
Analisi della varianza. Analisi discriminanti (discriminante lineare, likelihood ratio).
Introduzione alle reti neurali.
Introduzione al metodo Monte Carlo:
Generazione di numeri pseudocasuali. Metodo della trasformazione
inversa. Metodo accettazione-rigetto. Tecniche di riduzione della
varianza. Esempi elementari.
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Percorso formativo GENERALE
I Corsi a scelta sono divisi in due gruppi; lo studente dovrà inserire nel suo piano almeno tre corsi
del primo gruppo
Tutti i corsi sono intesi corrispondere a circa 30 ore frontali
Primo gruppo
Acquisizione dati e controllo
Acquisizione delle informazioni base sia sull'hardware sia sul software e completamento di
semplici esercitazioni didattiche fortemente guidate. Il controllo di processo.
- Generalita' su acquisizione dati
- Hardware per la DAQ:
- Rudimenti di architettura PC e WorkStations
- Porte di comunicazione standard: seriale, parallela
- Bus di comunicazione: SCSI, Ethernet
- VME
- Interfaccia con gli strumenti: GPIB
- Lettura dati:
- Interrupt e Polling
- Software commerciali e librerie
- Drivers
- Comunicazione fra calcolatori e/o fra processi
- Manipolazione dati
- Utilizzo di Data Base client / server
- Esempi in ambiente Windows e/o Linux
Astrofisica
Fisica Stellare
Cosmologia
Biofisica
Legami chimici covalenti e strutture molecolari. Principali classi
di molecole organico-biologiche e costituzione di polimeri (acidi
nucleici, proteine, polisaccaridi): proprieta' fisiche spettroscopiche e
stereo-chimiche.
Struttura e funzione degli acidi nucleici (varie forme di
DNA e RNA) e loro integrazione nel genoma. Struttura del ribosoma. Cenni
alle principali linee di ricerca genomica. DNA-chips.
Struttura e funzione delle proteine. Livelli di organizzazione
strutturale, correlazione con l'attivita' biologica (esempi di
letteratura). Evoluzione molecolare, conservazione di folds e topologie
proteiche. Catalisi enzimatica: cinetica e meccanismi di azione di alcune
classi di enzimi di interesse applicativo o biomedico.
21
Cenni ai principali metodi di indagine biofisica su macromolecole
biologiche. Breve analisi dei principali data bases strutturali relativi
ad acidi nucleici e proteine.
Bioinformatica 1
(BASI DI DATI il cui programma si ottiene limando il programma attuale di basi di dati I)
aspetti introduttivi, evoluzione nei sistemi di gestione dati. Obiettivi e servizi di un DBMS. Modelli
dei dati: concetti di base, evoluzione. Linguaggi di accesso e manipolazione.
Modelli tradizionali dei dati: il modello relazionale, il linguaggio SQL, il modello EntityRelationship. Metodologie per la progettazione di basi di dati.
Teoria della normalizzazionei. Cenni all'architettura di un DBMS. Cenni a basi di dati dati
relazionali ad oggetti.
Calcolo ad Elementi Finiti
Introduzione al metodo degli elementi finiti come applicazione dei principi variazionali:
1. Funzionali contenenti potenziali scalari
2. Funzionali contenenti potenziali vettori
3. Metodo agli elementi finiti
Applicazioni non lineari: il metodo di Newton-Raphson
Modellizzazione di un sistema fisico (esempi pratici di pre-processing):
1. Pianificazione dell’approccio
2. Definizione dei tipi di elementi
3. Definizione delle proprietà dei materiali
4. Sistemi di coordinate e “working planes”
5. Costruzione del modello
6. Primitive e operazioni booleane
7. Mesh del modello: libera o mappata
8. Controllo della numerazione
Scambio di file con altri codici (CAD)
Imposizione dei vincoli, dei campi di forza e delle condizioni al contorno
Analisi dei risultati (esempi pratici di post-processing)
1. Post-processing generale
2. Post-processing storico
Problema termico dipendente dal tempo:
Diffusione di un impulso di calore in un mezzo continuo
Problema meccanico armonico:
Modi normali di vibrazione di una lastra piana
Problema magnetostatico
Progetto di un elettromagnete
Elettronica
Dispositivi Elettronici a Stato Solido
1Crystal properties and growth of semiconductors
2Energy bands and charge carriers in semiconductors
3Excess carriers in semiconductors
22
45-
Junctions
p-n junction diodes
The juntion diode. Tunnel diode. Photodiode. Light-emitting
diodes. Fiber optics communications. Heterojunctions.
6Bipolar junction transistors
7Field-effect transistors
8Integrated circuits
Fabrication of monolitic circuits. MOS transistors. Charge
Transfer Devices
9Lasers: laser a gas ed a semiconduttore.
10p-n-p-n switching devices
11Negative conductance microwave devices
Fisica atomica e molecolare
Spettroscopia atomica e molecolare E` importante e attuale (anche in vista delle applicazioni
ottiche, biofisiche etc.) l'esistenza di un corso moderno centrato sulla spettroscopia atomica e
molecolare.
Fisica Biologica
Le principali molecole di interesse biologico
Organizzazione cellulare
La membrana cellulare
Il citoplasma e gli organuli citoplasmatici
Il nucleo
Scambi tra cellula e ambiente
Genesi del potenziale d’azione
Le sinapsi
Fisica Computazionale
1. Richiami di Probabilita' e teoria dei processi stocastici
a) Legge dei grandi numeri
b) Teorema del limite centrale
c) Catene di Markov e processi stocastici
2. Moto Browniano
a) Teorie classiche del moto browniano
b) Equazioni di Fokker-Planck
c) Cenni sulle equazioni diffenziali stocastiche
3. Termodinamica e fenomeni critici
a) Modello di Ising
b) Metodi analitici per lo studio del modello di Ising (soluzione
della catena, argomento di Peirls)
c) Algoritmo di Metropolis
d) Percolazione
23
Fisica Nucleare
Reazioni nucleari ed eccitazioni nucleari
Interazione dei nuclei con la radiazione elettromagnetica
Interazioni deboli nei nuclei
Introduzione alla Fisica Sanitaria
Complementi di fisica generale finalizzati alla fisica sanitaria
Biomeccanica. Problemi di scala degli organismi viventi. Moto dei fluidi. Fisica dei sensi. Problemi
di fisica legati alla visione ed al gusto. Tecniche di misura del suono.
Introduzione alle apparecchiature cliniche
Radiazioni non ionizzanti. Radiazioni ionizzanti e loro interazione con la materia. Misuratori di
dose. Tecniche di medicina nucleare. Tecniche di radioterapia. Metodi di misura delle radiazioni
non ionizzanti e loro effetti sull'organismo.
Cenni di statistica medica
Significatività statistica.. Regressione e correlazione. Studi epidemiologici. Test di sopravvivenza.
Fisica Subnucleare- 1 Modulo
3. Rivelatori di particelle ed acceleratori. Interazione delle particelle cariche e della radiazione con la
materia, acceleratori, loro parametri e loro fisica, rivelatori di particelle cariche, calorimetri, descrizione
di alcuni rivelatori più significatici degli ultimi anni e la loro fisica, esempi di applicazione delle tecniche
di rivelazione agli esperimenti di fisica delle alte energie(10h).
4. Generalità e concetti base: il concetto di particella e i suoi numeri quantici, fermioni e bosoni, particelle e
antiparticelle, i costituenti base (quarks e leptoni), i vari tipi di interazione, leggi di conservazione, unità
di misura e scale, sezione d'urto e tasso di decadimento, spazio delle fasi, esempio di calcolo di sezione
d'urto(10h).
5. Modello a quark per gli adroni: i barioni ed i mesoni. Classificazione degli adroni (5h).
6. I leptoni carichi ed i neutrini: non conservazione della parità nel decadimento beta, elicità del neutrino,
calcolo del tasso di decadimento del pione (5h).
Introduzione alla fisica dei solidi
Struttura dei solidi, fononi, stati elettronici e bande
I concetti di base possono essere introdotti chiarendo il significato degli stati elettronici e fononici,
senza spiegare i dettagli dei metodi di calcolo e di approssimazione.
Laboratorio di struttura della materia
metodi sperimentali per lo studio delle proprieta' dei solidi: proprieta' strutturali, elettriche,
magnetiche e termiche.
Questo e' un corso di laboratorio che fornisce agli studenti le basi sperimentali di fisica della
materia.
24
Laboratorio di Fisica Nucleare
Radiazioni e materia
Decadimento . Decadimento . Emissione . Legge del decadimento radioattivo. Sezione d'urto.
Libero cammino medio. Interazioni con la materia delle particelle cariche pesanti, degli elettroni e
dei fotoni.
Introduzione ai rivelatori di particelle
Sensibilità. Funzione di risposta. Risoluzione in energia. Efficienza. Tempo morto. Parametri
caratteristici. Rivelatori ad ionizzazione. Rivelatori a scintillazione.
Rivelatori a
fotomoltiplicazione.
Acquisizione ed elaborazione dell'informazione
Segnali utilizzati nell'elettronica nucleare. Trigger. Tecniche di coincidenza. Simulazione di dati
sperimentali e metodo di Monte Carlo.
Esperienze di laboratorio
- Utilizzo di un pirometro ottico.
- Caratteristica di un fotomoltiplicatore
- Taratura di un multicanale
- Determinazione della risonanza paramagnetica dell'elettrone
- Misura della vita media del muone
Dinamica dei Fluidi o Meccanica dei Fluidi
Dinamica dei Fluidi
Approccio Lagrangiano ed Euleriano: concetti fondamentali.
Equazioni della fluidodinamica ( leggi di bilancio per la massa, la quantità di moto e
l `energia). Schemi di flusso particolari e teoremi di conservazione connessi.
Dinamica dei flussi incompressibili non viscosi: flussi irrotazionale, flussi rotazionali e flussi di
vortici.
Analisi dimensionale: omogeneità e similarità.
Dinamica dei flussi viscosi: soluzioni esatte, strato limite.
Stabilità fluidodinamica. Fenomeni ondosi in fluidodinamica generale.
Natura della turbolenza e sua descrizione statistica.
Dinamica della turbolenza e trasporto turbolento di quantità di moto e energia termica.
Strato limite turbolento.
Dispersione in regime turbolento
Meccanica dei fluidi
Approccio lagrangiano e euleriano
Fluido Perfetto: equazioni di Eulero e vorticità
Fluidi Viscosi: Equazioni di Navier Stokes
Fluidi Comprimibili
Turbolenza: transizione turbolenta, il problema turbolenza sviluppata
Sistemi dinamici e caos
Meccanica razionale 2
-Elementi di teoria delle varieta` differenziabili; vettori
e forme differenziali lineari.
25
-Geometria dello spazio tangente, e Meccanica Lagrangiana.
-Geometria dello spazio cotangente: struttura simplettica,
parentesi di Poisson, trasformazioni canoniche.
-Trasformazione di Legendre, formulazione Hamiltoniana
della Dinamica.
-Teoria di Hamilton Jacobi
Meccanica quantistica 2
Metodi di approssimazione in meccanica quantistica
Sistemi di molte particelle identiche
Teoria dello scattering
Quantizzazione di sistemi continui
Meccanica Statistica o Fisica Statistica
Meccanica Statistica:
Statistica dell’equilibrio, insiemi statistici
Risposta Lineare
Fenomeni critici
Modelli di sistemi complessi e disordinati
Fisica Statistica:
Termodinamica statistica e applicazioni alla materia in fase condensata. Il corso e' mirato a
sviluppare i concetti e le applicazioni di termodinamica e a darne interpretazione statistica. con
continuo riferimento alla fisica degli stati condensati. Verranno affrontati alcuni contenuti,
attualmente forniti dalcorso di struttura della materia, inquadrandoli in una cornice sistematica.
Metodi Matematici della Fisica 2
1) Funzioni di una variabile complessa.
2) Equazioni differenziali nel piano complesso (equazioni Fuchsiane).
3) Funzioni speciali della Fisica Matematica.
Principi di Ottica
……………
Relatività
Gruppi di Lorentz e Poincare’ e le rappresentazioni tensoriali del gruppo di Lorentz (4h).
Principio d’Azione per un insieme di particelle non interagenti; sistema di particelle interagenti e
introduzione del punto di vista Euleriano (2h).
Densità (campi) elementi di spazi di rappresentazione del gruppo di Lorentz; esempi: invarianza
relativistica della carica elettrica e quadrivettore densità di corrente, tensore energia-impulso per un
fluido omogeneo (ideale) e per un sistema di particelle puntiformi. (3h).
Le equazioni di Maxwell, l’invarianza di gauge e il quadripotenziale. L’Azione per un sistema di
particelle cariche interagenti (Elettrodinamica nel vuoto). Forma covariante delle equazioni di
Maxwell, invarianza di gauge e gradi di libertà fisici del campo elettromagnetico (6h).
26
Invarianza dell’azione per le trasformazioni del gruppo di Poincare’ e le correnti conservate tensore
energia-impulso e di momento angolare e bust di Lorentz. Stati di polarizzazione di un’onda e.m.
(5h).
Campi e. m. prodotti da particelle cariche accelerate. Causalità e soluzione per potenziali ritardati.
Campo a grande distanza e sviluppo in multipoli. Campi prodotti da particelle in moto
ultrarelativistico. Cenni sulla radiazione di syncrotrone (8h).
Particelle cariche attraverso un mezzo trasarente: la radiazione Tche’renkov. (2h)
Storia della Fisica
Storia della relatività ( 10h)
1. Il problema dell’aberrazione: da Bradley a Michelson e Morley (1727–1887)
2. L’elettrodinamica e l’ottica dei corpi in movimento:1892-1902
3. Dagli esperimenti di Kaufmann alle nuove trasformate di Poncarè: 1902-1905
4. La grande sintesi del 1905: Einstein e la nascita della relatività ristretta
Storia della Meccanica Quantistica ( 30h)
Le origini della Meccanica Quantistica: 1900–1911.
4. Il “quanto di energia” di Planck, Il “quanto di luce”di Einstein. Primi sviluppi delle ipotesi Quantistiche.
La modellistica atomica: 1899–1911La scoperta dell’elettrone. Gli esperimenti di scattering. La scoperta
del nucleo.
5. Atomi e quanti: 1913–1915La spettroscopia atomica e l’atomo di Bohr. L’effetto Zeeman e l’effetto
Stark. Gliesperimenti di Moseley.
6. Le condizioni di quantizzazione e i principi della Vecchia Meccanica Quantistica. I domini elementari e il
significato di “h”. Gli integrali di fase di Sommerfeld. Il principio degli invarianti adiabatici. Il principio
di corrispondenza.
7. L’interpretazione della tavola periodica:1913–1925I limiti della teoria di Bohr-Sommerfeld. Il
modello atomico vettoriale e l’esperimento di Stern e Gerlach. Il principio di esclusione di
Pauli. Lo spin dell’elettrone. Problemi aperti.
8. La Meccanica delle Matrici: 1925-1926La regola di commutazione di Heisenberg. L’applicazione del
calcolo delle matrici alla meccanica quantistica. L’algebra quantistica di Dirac.
9. La Meccanica Ondulatoria: 1925-1926Il dualismo onda-particella e l’effetto Compton. La nascita della
statistica di Bose-Einstein. Le onde di materia di De Broglie. L’equazione di Schroedinger. Verso
un’unica meccanica.
Secondo gruppo
Tutti i corsi a scelta compresi negli altri percorsi formativi inoltre:
Fisica Matematica
1. Calcolo tensoriale: fondamenti, algebra esterna, tensore
metrico, tensore di Ricci.
Campi tensoriali su varieta` differenziabili. Derivata di
Lie, differenziale esterno.
Varieta` Riemanniane. Teoria dell'integrazione, concetti
metrici.
Derivazione covariante, simboli di Christoffel, tensori di
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Riemann, Ricci ed Einstein, identit\`a di Bianchi.
Elementi di geometria delle curve: geodetiche, map
esponenziale.
2. Lo spazio--tempo come varieta` differenziabile;
geometrizzazione della cinematica. Principio di
relativita`, e struttura riemanniana dello spazio tempo.
Geometrizzazione della Dinamica. Deviazione geodetica, e
significato fisico della curvatura.
3. Formulazione quadridimensionale della Relativita`
Speciale: spazio--tempo di Minkowski, riferimenti
inerziali, geometrizzazione delle trasformazioni di
Lorentz. Cinematica relativistica. Dinamica relativistica.
Elettrodinamica relativistica nel vuoto.
4. (eliminabile) Meccanica relativistica dei continui
(cenni). Principio di equivalenza di Einstein, e fondamenti
della teoria della Relativit\`a Generale.
Fisica degli Acceleratori
………………..
Fisica Subnucleare 2 Modulo
1. Le ampiezze di transizione in meccanica quantistica, l’approssimazione semiclassica e l’integrale sui
cammini. Il caso della teoria dei campi; il limite asintotico e le ampiezze di scattering al limite
semiclassico. (3h)
2. La teoria relativistica e le simmetrie: il teorema di Noether e le cariche conservate. I campi fermionici e le
simmetrie discrete. Il principio di gauge e la QED. (7h)
3. Cariche non commutative e estensione del principio di gauge; la derivata covariante; la QCD. (3h)
4. Costruzione del modello Standard e regole di Feynman. (5h)
5. Calcolo di processi d’interesse fisico in approssimazione semiclassica (10h)
6. Correzione radiative (2h)
Fondamenti della Fisica
1) Fondamenti della meccanica statistica
- Il problema della derivazione delle leggi macroscopiche da quelle
microscopiche: irreversibilita' macroscopica verso reversibilita'
microscopica
- L'approccio di Einstein: la teoria di Einstein del moto Browniano e
le origini del teorema fluttuazione-dissipazione.
- L'approccio di Boltzmann: derivazione (euristica, ma moderna)
dell'equazione di Bolzmann per un gas diluito. Rilevanza della legge
dei grandi numeri e irrilevanza dell'ipotesi di caos molecolare.
- L'entropia di Bolzmann e il problema delle condizioni iniziali
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- Il teorema H e la seconda legge della termodinamica
- La distribuzione di Maxwell-Boltzmann
- Il metodo della distribuzione piu' probabile
- L'approccio di Gibbs: l'entropia di Gibbs verso l'entropia di
Boltzamann e i paradossi classici (Zermelo e Poincare')
- Gli approcci moderni: rilevanza e irrelevanza del caos e della teoria
ergodica
2) Fondamenti della meccanica quantistica
- Il ruolo della funzione d'onda
- Il problema della complezza. Rilevanza e irrilevanza delle soluzioni
proposte
- Il ruolo degli operatori come osservabili: misure di impulso e di
spin
- Il ruolo della decoerenza per la derivazione delle leggi
macroscopiche: semplici modelli
- L'entaglement quantistico e l'analisi di Bell
- Applicazioni ``tecnologiche'' dell'entanglement: crittografia
quantistica, teletrasporto
- Calcolatori quantistici: il modello di Feynmann
- Il calcolo quantistico : l'algoritmo di Shor.
Superconduttivita'
il corso fornisce una conoscenza di base e operativa sui materiali superconduttori (a bassa e ad alta
temperatura) e sulle loro applicazioni
Semiconduttori
il corso si propone di fornire una conoscenza di base sui materiali semiconduttori con particolare
riferimento alle loro applicazioni. Sara’ introdotto lo studio dei sistemi su scala micro e nanometrica
con riferimento ai recenti sviluppi di grande avanguardia nel settore tecnologico.
Ottica
Laser: principi di funzionamento ed applicazioni. Fibre ottiche e dispositivi.Metodi ottici applicati
alla caratterizzazione elettronica e morfologica dei materiali. Il corso sarà corredato da esercitazioni
di laboratorio.Questo corso si propone di sviluppare ulteriormente le conoscenze di ottica del
laureato in fisica, gia’ in parte acquisite nel corso di Fisica generale.
Superfici e nanostrutture
caratterizzazione della superficie dei solidi, crescita di nanostrutture, applicazioni. E` opportuno
trasmettere agli studenti le conoscenze (estremamente avanzate) di cui disponiamo in questo settore
che e` attualmente in forte crescita.
Metodi di simulazione
il corso, si propone di introdurre agli studenti tecniche di simulazione con particolare riferimento a
tipici problemi di fisica della materia. Le simulazioni riguarderanno sia fenomeni di equilibrio sia
cinetici.
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