Corsi Dottorato XXX ciclo - Dipartimento di Fisica e Astronomia

Informazioni per i dottorandi del XXX ciclo
Il dottorato di ricerca in Fisica (XXX ciclo) prevede attività nell’ambito dei seguenti indirizzi:
Fisica teorica e fondamenti della fisica.
Fisica nucleare e subnucleare.
Fisica della materia.
Fisica applicata.
Il dottorato dispone di 11 posti di cui:
n. 5 con Borsa di Studio finanziata da questa università;
n. 3 con Borsa di Studio finanziata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare;
Nella seduta del Collegio dei Docenti, allargata agli studenti del XXX ciclo, avverrà
l’assegnazione ufficiale delle borse di studio (seguendo la graduatoria di merito del concorso),
l’assegnazione delle tematiche di ricerca e del supervisore dell’attività di ricerca durante il
corso di dottorato. L’attività determinerà anche l’indirizzo di riferimento di ogni singolo
dottorando.
In base al regolamento ogni studente deve seguire e superare (entro il 31 ottobre 2016) le
prove d’esame relative ad almeno 4 corsi semestrali, per complessive 160 ore (20 CFU)
minime, a scelta tra quelli elencati in seguito, oppure mutuati dal corso di laurea
specialistica/magistrale in Fisica, o lauree affini, secondo un piano di studi approvato dal
Collegio dei Docenti. Possono fare parte del piano di studi la partecipazione a Scuole quando
queste sono rivolte esplicitamente a studenti di dottorato oppure organizzate da dottorati di
una università italiana o straniera (l’equivalenza in crediti viene valutata volta per volta).
Ogni studente inoltre deve partecipare ai colloqui e seminari specifici per il dottorato,
organizzati dal Dipartimento di Fisica e Astronomia o dal Dottorato in Fisica (verrà recapitata
comunicazione relativa).
Gli studenti titolari di borsa di studio sono tenuti a trascorrere un periodo di formazione e
ricerca di almeno 6 mesi (non necessariamente continuativi e concordati con il supervisore)
presso Università o Centri di Ricerca esteri. Per godere dell’aumento della borsa durante il
periodo all’estero occorre una autorizzazione da parte del Collegio dei Docenti stesso.
I dottorandi che, per motivi di ricerca o formazione, si recano in missione presso altre
Università o Centri di Ricerca, italiani o esteri, devono sempre avere l’autorizzazione del
Coordinatore (o del Collegio per periodi superiori a sei mesi). La motivazione principale è di
tipo assicurativo. I dottorandi sono assicurati come studenti universitari. I dottorandi che
svolgeranno attività presso laboratori esterni all’Università (CNR o INFN, ad esempio) che
richiedono informazioni di natura assicurativa, possono richiedere i dettagli sulla copertura
assicurativa all’Ufficio Assicurazioni dell’Università.
Elenco corsi
Fisica delle alte energie (riferimento e informazioni: Prof. Domenico Galli
[email protected]).
Metodologie avanzate di rivelatori di particelle (riferimento e informazioni: Prof. Gabriella
Sartorelli [email protected]).
Dispositivi e materiali per la fotonica (riferimento e informazioni: Dott. Gabriele Bolognini,
CNR Bologna, [email protected]).
Termodinamica dello spaziotempo (Riferimento e informazioni: Dott. Alessandro Pesci,
INFN Bologna, [email protected]).
Teorie conformi e integrabilità (Riferimento e informazioni: Prof. Francesco Ravanini
[email protected], Dott. Diego Bombardelli, Dott. Davide Fioravanti, INFN
Bologna [email protected])
Fisica quantistica e gravitazione. (riferimento e informazioni:Prof. Roberto Casadio
[email protected]).
Introduction to the Standard Model of the Electro-Weak Interactions (riferimento
e informazioni: Prof. Roberto Soldati [email protected], Dott. Lorenzo Bellagamba,
INFN Bologna, [email protected]).
Dark Matter Phenomenology (riferimento e informazioni: Dott. Nicolò Masi, INFN
Bologna, [email protected], Dott. Marco Selvi, INFN Bologna, [email protected]).
Linguaggi di programmazione, modelli di calcolo degli esperimenti e sistemi di
acquisizione dati (riferimento e informazioni Dott. Francesco Giacomini INFN Bologna
[email protected], Prof. Daniele Bonacorsi UNIBO
[email protected], Dott Rosario Nania INFN Bologna [email protected])
Statistica avanzata (per informazioni Prof. Gastone Castellani, Armando Bazzani, Daniel
Remondini, Enrico Giampieri,Statistica avanzata.
([email protected], [email protected], [email protected],
[email protected])
Corsi attivi per il XXX ciclo di dottorato
Fisica delle alte energie (riferimento e informazioni: Prof. Domenico Galli
[email protected]).
Tematiche fenomenologiche e sperimentali relative al Modello Standard delle particelle
elementari e alle sue estensioni.
Fisica delle alte energie all'acceleratore LHC ed è suddiviso in moduli, tenuti da Villa (Atlas),
Marcellini (CMS), Scapparone (Alice), Grafstrom (Acceleratori), Galli(LHCb). Violazione
della simmetria CP.
Metodologie avanzate di rivelatori di particelle (riferimento e informazioni: Prof. Gabriella
Sartorelli [email protected]).
Dispositivi e materiali per la fotonica (riferimento e informazioni: Dott. Gabriele Bolognini,
CNR Bologna, [email protected]).
This course will provide an overview on fundamental devices and materials for photonics,
such as lasers, photo-diodes, optical amplifiers, passive components and optical fibers. In its
initial part, the course will also review basic theoretical principles of electromagnetism of
fields and guided waves.
More in detail, the course will provide fundamentals on light sources for optical
communications (e.g. the rate equations in semiconductors and the light emitting diode LED, the optical feedback and the laser, multi-mode and single-mode lasers and so on),
semiconductor photodiodes (pin and avalanche photodiodes, heterostructures), passive
components (optical fiber, optical coupler/splitter, the Mach-Zehnder interferometer, optical
filter technologies, tunable filters, multiplexer/de-multiplexer and so on), non-reciprocal
devices (isolator and the circulator), optical amplification basics in fiber and semiconductors
(stimulated emission and optical amplification, the basic amplifier parameters, gain, noise
figure, saturation), as well as an overview of distributed and discrete amplifiers (Raman and
Erbium-doped fiber-amplifiers, the semiconductor optical amplifier and related issues).
Gabriele Bolognini, PhD
Research Scientist
Institute for Microelectronics and Microsystems - IMM
National Research Council - Consiglio Nazionale delle Ricerche
Via P. Gobetti 101, 40129 Bologna, Italy
Tel : +39 051 639 9101 - Fax : +39 051 639 9216
e-mail: [email protected]
Termodinamica dello spaziotempo (Riferimento e informazioni: Dott. Alessandro Pesci,
INFN Bologna, [email protected]).
Periodo: I semestre.
Considerazione sulle evidenze teoriche indicanti una possibile natura statistica della gravità.
Derivazione delle equazioni di campo gravitazionale da un principio termodinamico
(stazionarieta` di un funzionale d'entropia).
Vedi anche http://www.bo.infn.it/~apesci/thermod_of_spacet_contents.html.
Thermodynamics of spacetime
A- Gravitational actions.
. Einstein-Hilbert action.
. The boundary term in the action.
. Gibbons-Hawking-York counterterm.
. Field equations.
. Actions in higher dimensions: Lanczos-Lovelock models.
B- Horizons.
. Horizons in spherically symmetric metrics (Schwarzschild, Reissner-Nordstr/om and de
Sitter).
. Local Rindler frames.
. Laws of black hole mechanics (review).
. The association of a temperature with horizons.
. The association of an entropy with horizons.
. Noether's current and the entropy of horizons.
. Temperature does not depend on field equations, entropy does depend on them.
C- Connections between horizon thermodynamics and gravitational dynamics, unexplained in
the conventional description of gravity.
. Einstein's equations as a thermodynamic identity.
. Relation between bulk and boundary terms in the action.
. The boundary term (normally ignored, or cancelled with a counterterm) does give on-shell
the entropy of the horizon.
. All this extends to Lanczos-Lovelock models.
D- Spacetime dynamics from a thermodynamic principle.
. A gravitational entropy functional.
. A novel extremum principle.
. Field equations.
. Consequences regarding the nature of the cosmological constant.
Teorie conformi e integrabilità (Riferimento e informazioni: Prof. Francesco Ravanini
[email protected], Dott. Diego Bombardelli, Dott. Davide Fioravanti, INFN
Bologna [email protected])
Teorie di Campo Conformi e Integrabili
(Conformal and Integrable Field Theories)
Conformal Field Theories (CFT) (F. Ravanini)
Scale and conformal invariance. Critical points and universality classes.
2D case: link with analytical functions in the complex plane.
Stress-energy tensor and quantum conformal invariance.
Hilbert space of a quantum CFT: Virasoro algebra and its highest weight representations.
Quantum correlators: conformal bootstrap.
Minimal models. Kac tables and exact critical indices.
Modular invariance and partition functions on the torus. Classification of minimal CFT's.
Relevant perturbations out of the critical point.
Conformal Perturbation Theory. 2D Callan-Symanzik equation.
Zamolodchikov's c-theorem.
Criteria of integrability out of the critical point.
S-matrix and Bethe Ansatz in 2D integrable QFT's (D. Bombardelli)
S-matrix in 2D integrable models
Asymptotic states and S-matrix: definitions and general properties.
Integrability and factorization.
2-particle S-matrix: analytical properties.
Poles structure and bootstrap
Bethe Ansatz:
Asymptotic Bethe Ansatz for diagonal scattering.
Asymptotic Bethe Ansatz for non-diagonal scattering.
Examples:
Lee-Yang, 3-state Potts Model, O(N), Sine-Gordon and AdS/CFT S-matrices
Lee-Yang, 3-state Potts Model, O(N), Sine-Gordon and AdS/CFT Bethe Ansatz equations.
Integrable methods off-criticality: an introduction to Thermodynamic Bethe Ansatz (D.
Fioravanti)
The initial and original idea of the (coordinate) Bethe Ansatz (for magnetic systems)
The Heisenberg XXX spin 1/2 chain
A more abstract formulation: the algebraic Bethe Anstatz
Monodromy matrix, transfer matrix and quantum integrability
Hints on classical integrability
Preliminaries on the theory of classical solitons
Few topics on the theory of scattering matrix (in 2D)
The Yang-Yang idea of Thermodynamic Bethe Ansatz (TBA)
Revisiting Zamolodchikov's approach to relativistic TBA: from asymptotic Bethe Ansatz to
TBA
The conformal limit and Cardy (central charge) formula: the kink equation and the derivative
lemma
Dilogarithms (with an excursus on Nekrasov-Shatasvili "TBA" for N=2 gauge theories)
Netx to leading term: the anti-bulk free energy. Perturbative conformal field theory series
The other regime: the IR or cluster expansion
On the universality of TBA: the Y-system
Y-systems and Dynkin diagrams
Magnonic Y-systems and the UV central charge
T-systems or discrete Hirota dynamics
Notes:
Short series of lectures or seminars on advanced related topics by some invited guest may be
organized along the year.
The basic lectures are normally given in Italian language unless there is some non-Italian
speaking attendant, in which case they are in English.
Reference books, notes and articles are given during the lectures.
The final exam consists in a seminar on a topic to be chosen in accord with the teachers, to be
delivered in front of the other PhD students and members of the Theory Group.
The interested students should contact the teachers by Jan 31, 2015 to agree on the details of
the programme and on the most suitable dates of the lectures.
Fisica quantistica e gravitazione. (riferimento e informazioni:Prof. Roberto Casadio
[email protected]).
Il corso copre metodi e argomenti teorici utili allo studio della interazione gravitazionale
nei regimi in cui la natura quantistica della materia non può essere trascurata. Si rivedono
perciò
i fondamenti generali della fisica quantistica e delle teorie quantistiche di campo su spaziotempo
curvo, per passare poi a temi più specifici come i principi di indeterminazione generalizzati, il
problema della localizzazione di particelle e modelli quantistici del campo gravitazionale.
Queste
tematiche si approfondiscono in particolare nel contesto della cosmologia e della possibile
descrizione quantistica del collasso gravitazione e dei buchi neri.
Introduction to the Standard Model of the Electro-Weak Interactions (riferimento
e informazioni: Prof. Roberto Soldati [email protected], Dott. Lorenzo Bellagamba,
INFN Bologna, [email protected]).
Theory (R. Soldati, 20 hours)
0. Fermi theory of weak interactions before gauge theories.
1. QED and Yukawa theory at the early fifties of the XX century.
2. The concept of spontaneous symmetry breaking:
the Weiss model for ferromagnetism, the Landau-Ginzburg
theory of phase transitions, the O(2) Goldstone model.
3. Standard Model: preliminary building program.
4. The non-Abelian Higgs mechanism: massive vector bosons.
5. Extension to hadrons: Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing.
6. Anomalies cancellation: unitarity and families.
7. Quantization and the Feynman rules.
8. How to reconcile renormalizability and unitarity through the gauge principle:
uniqueness and internal self-consistency of the Standard Model.
A. Appendix: Neutrino masses, mixing, oscillations.
Experimental results (L. Bellagamba, 20 hours)
0. Overview of the colliders and experiments: LEP e+e-, HERA ep, Tevatron ppbar, LHC pp.
1. Basic elements on the patron distribution functions (relevant source of systematic
uncertainties in EW precise measurements).
2. Basic elements on the Monte Carlo techniques used for the theoretical predictions.
3. Electro-Weak tests on single and multiple vector-boson production.
4. Top production and properties.
5. Higgs physics and perspectives for the future LHC runs.
6. Global fit on Electro-Weak precision data.
7. Electro-Weak tests in ep deep inelastic scattering.
Special seminars on related topics:
Francesco Spanò (Royal Holloway University of London) 4 hours:
"Top Physics at the Large Hadron Collider: past, present and perspectives on 13 TeV
collisions"
Saverio D'Auria (University of Glasgow) 4 hours:
"Higgs Boson: from discovery to precision measurements"
Dark Matter Phenomenology (riferimento e informazioni: Dott. Nicolò Masi, INFN
Bologna, [email protected], Dott. Marco Selvi, INFN Bologna, [email protected]).
Dott. Nicolò Masi: [email protected]
- Galactic, extragalactic and cosmological evidences
- Alternative non-particle theories limits (MOND, MOGs)
- WIMP paradigms and cosmology
- DM within the Standard Model
- Non WIMP candidates: Axions - cosmology and experimental research - DM indirect
search:
Cosmic Rays and DM Halo Physics
Constraints on non-nuclear DM cross section from astrophysics and cosmology
Hadronic and leptonic CR signals: positrons, antiprotons and antideuterons channels
- The AMS-02 Experiment:
Heavy candidates for AMS search
How to disentangle primary astrophysical signals from DM ones
Experimental and theoretical uncertainties
Recent results and perspectives
- Search for DM at LHC
Dott. Marco Selvi: [email protected]
- DM direct search
- Expected rate of WIMPs
velocity distribution
Nuclear Form Factor
Energy spectrum of Nuclear Recoils
- Techniques for detection:
Charge (ionization)
Light (scintillation)
Phonons (temperature)
Particle identification through the combinations of two "channels"
- Detectors:
NaI
Ge and Si crystals
Scintillating bolometers
Liquid Nobles
- More detail on Liquid Nobles:
Single Phase
Double Phase TPC
the XENON experiment
- Backgrounds:
Gamma from radioactivity of the materials
Neutron from radioactivity of the materials
Muon-induced neutrons
Intrinsic background (Kr 85, Ar 39, Rn 222, ... )
Neutrino background
Linguaggi di programmazione, modelli di calcolo degli esperimenti e sistemi di
acquisizione dati (riferimento e informazioni Dott. Francesco Giacomini INFN Bologna
[email protected], Prof. Daniele Bonacorsi UNIBO
[email protected], Dott Rosario Nania INFN Bologna [email protected])
I corsi saranno forniti sotto forma di seminari
Elementi di Programmazione avanzata
* linguaggi di programmazione, in particolare C++ (nella sua versione
piu' moderna), e metodologie di sviluppo software
* modelli di calcolo degli esperimenti, situazione attuale e
prospettive future, con particolare riferimento alle problematiche di
gestione di grandi quantita' di dati, anche in confronto ad altre
realta' non legate al mondo della ricerca
* sistemi di acquisizione dati, situazione attuale e prospettive
future
Statistica avanzata (per informazioni Prof. Gastone Castellani, Armando Bazzani, Daniel
Remondini, Enrico Giampieri
Statistica avanzata
Parte 1
Processi stocastici,
Master equation,
equazione di Fokker Planck
Parte 2
Test delle ipotesi e modelli nulli
applicazione a dati reali
modelli statistici e network
Parte 3
Statistiche non parametriche
Distribuzioni non parametriche
Statistiche ordinali e nominali
Inferenza per dati non parametrici
Correlazioni non parametriche
Master equation e distribuzioni di probabilità
Parte 4
Implementazione numerica di alcune delle procedure illustrate
I dottorandi interessati ai vari corsi sono invitati a contattare i relativi docenti per
informazioni ulteriori e concordare il periodo delle lezioni.
Si segnala inoltre la possibilità di partecipare alla scuola di dottorato “CGI 2015 FNHP” di
Firenze dedicata alla fisica adronica nella sua più ampia accezione. (riferimento
http://ggi-www.fi.infn.it/index.php?page=schools.inc&id=167). Le iscrizioni saranno chiuse il
16 gennaio 2015.