Laurea Magistrale in Fisica

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1 Curriculum Teorico Generale Dipartimento di Fisica, Universitá di Bologna Bologna, 15 aprile 2013

2 Sommario 1 Introduzione Definizioni Tabelle 2 Struttura del Curriculum Teorico Generale Struttura del Curriculum Teorico Generale Attivitá Formative: I anno Attivitá Formative: II anno 3 Linee di Ricerca Linee di Ricerca e Ricercatori 4 Sbocchi professionali Sbocchi professionali

3 Introduzione Questa non é una domanda

4 Definizioni LM= Laurea Magistrale. AF= Attivitá Formativa: attività finalizzata alla formazione culturale e professionale dello studente SSD= Settore Scientifico Disciplinare: raggruppamento di insegnamenti definito in base a criteri di omogeneità scientifica e didattica A= Ambito: insieme di SSD scientificamente affini TAF= Tipologia dell Attivitá Formativa: rilevanza e modalità di una AF CFU = Credito Formativo Unitario: unità di misura del lavoro di apprendimento ed acquisizione di conoscenze ed abilità in una AF OF = Numero di Ore Frontali: durata oraria di una AF

5 Settori Scientifico Disciplinari: Area 02 Scienze Fisiche FIS/01 = Fisica Sperimentale FIS/02 = Fisica Teorica, Modelli e Metodi Matematici FIS/03 = Fisica della Materia FIS/04 = Fisica Nucleare e Subnucleare FIS/05 = Astronomia e Astrofisica FIS/06 = Fisica per il Sistema Terra ed il Mezzo Circumterrestre FIS/07 = Fisica Applicata FIS/08 = Didattica e Storia della Fisica

6 Ambiti: I = Fisica Sperimentale e Fisica Applicata (SSD FIS/01 & FIS/07) II = Fisica Teorica, Modelli e Metodi Matematici e Didattica e Storia della Fisica (SSD FIS/02 & FIS/08) III = Fisica della Materia e Fisica Nucleare e Subnucleare (SSD FIS/03 & FIS/04) IV = Astronomia e Astrofisica e Fisica per il Sistema Terra ed il Mezzo Circumterrestre (SSD FIS/05 & FIS/06)

7 Tipologie delle Attivitá Formative C = Attivitá Caratterizzante: fornisce conoscenze essenziali e/o indispensabili AI = Attivitá Affine e/o Integrativa: fornisce conoscenze utili e/o specializzanti LS = Attivitá a Libera Scelta AAF = Altra Attivitá formativa TLM = Tesi di Laurea Magistrale

8 Struttura del Curriculum Teorico Generale Dio non gioca a dadi

9 Struttura del Curriculum Teorico Generale: I anno TAF Range A CFU C II 36 AI II 12 C 3 6 III 6 C 3 6 IV 6 (TAF = tipologia dell attivitá formativa; A = ambito; CFU = crediti formativi unitari; C = attivitá caratterizzante; AI = attivitá affine e/o integrativa; LS = attivitá a libera scelta; AAF = altra attivitá formativa; TLM = tesi di laurea magistrale)

10 Struttura del Curriculum Teorico Generale: II anno TAF Range A CFU LS AAF 3 3 TLM (TAF = tipologia dell attivitá formativa; A = ambito; CFU = crediti formativi unitari; C = attivitá caratterizzante; AI = attivitá affine e/o integrativa; LS = attivitá a libera scelta; AAF = altra attivitá formativa; TLM = tesi di laurea magistrale)

11 Attivitá Formative: I anno AF SSD A TAF CFU OF Fisica Teorica I Prof. F. Bastianelli Teoria d. Campi I Prof. R. Soldati Meccanica Statistica I Prof.ssa E. Ercolessi FIS/02 II C 6 48 FIS/02 II C 6 48 FIS/02 II C CFU a scelta Lista 1 II C 18 6 CFU a scelta Lista 2 III C 6 6 CFU a scelta Lista 3 IV C 6 12 CFU a scelta Lista 4 FIS/02 II AI 12

12 Lista 1 AF SSD A TAF CFU OF Fisica Teorica II Prof. F. Bastianelli Teoria d. Campi II Prof. R. Soldati Meccanica Statistica II Prof.ssa E. Ercolessi Storia d. Fisica Mod. 1 Dott.ssa O. Levrini Storia d. Fisica Mod. 2 Prof. G. Dragoni FIS/02 II C 6 48 FIS/02 II C 6 48 FIS/02 II C 6 48 FIS/08 II AI 6 48

13 Lista 2 AF SSD A TAF CFU OF Corso a scelta FIS/03, FIS/04 III C 6 LM in Fisica

14 Lista 3 AF SSD A TAF CFU OF Corso a scelta FIS/05, FIS/06 IV C 6 LM in Fisica e/o LM Astrofisica e Cosmologia

15 Lista 4 AF SSD A TAF CFU OF Compl. d. Fisica Teorica Mod. 1 Prof. R. Soldati Compl. d. Fisica Teorica Mod. 2 Prof. R. Balbinot Met. Mat. Av. d. Fisica Mod. 1 Prof. F. Ravanini Met. Mat. Av. d. Fisica Mod. 2 Prof. F. Ortolani Relatività I Prof. R. Balbinot Relatività II Prof. R. Balbinot Teoria d. Gruppi p. l. Fisica Prof. R. Zucchini FIS/02 II AI 6 48 FIS/02 II AI 6 48 FIS/02 II AI 6 48 FIS/02 II AI 6 48 FIS/02 II AI 6 48

16 Lista 4 (cont.) AF SSD A TAF CFU OF Teoria dei Sistemi Multicorpi Prof.ssa E. Ercolessi FIS/02 II AI 6 48

17 Attivitá Formative: II anno AF SSD A TAF CFU OF Corsi a Libera Scelta LS 12 Ulteriori Attivitá Formative AAF 3 Prova Finale TLM 45 I corsi possono essere anticipati al I anno I corsi scelti al di fuori della LM in Fisica richiedono approvazione del CCdL Attivitá formativa collegata alla tesi

18 Linee di Ricerca Anche i geni sbagliano

19 Linee di Ricerca e Ricercatori La Radiazione di Hawking dei Buchi Neri e Sistemi di Materia Condensata Prof. R. Balbinot Particelle, Corde e Brane Prof. F. Bastianelli, Dott. M. Cicoli, Prof. R. Zucchini Gravitá Semiclassica e Quantistica, Buchi Neri e Cosmologia Dott. R. Casadio, Dott. A. Kamenshchik, Dott. G.-P. Vacca (INFN), Dott. F. Finelli (INAF) Teoria dei Sistemi Quantistici a Molti Corpi in Bassa Dimensionalitaà Prof.ssa E. Ercolessi, Prof. F. Ortolani, Dott. Ch. Degli Esposti Boschi (CNR) Fisica Teorica del Nucleo Dott. P. Finelli Teorie di Campo Quantistiche Prof. R. Soldati Integrabilitá Prof.ssa E. Ercolessi, Prof. F. Ravanini, Dott. D. Fioravanti (INFN), Teoria di Gauge e Gruppo di Rinormalizzazione Dott. G.-P. Vacca (INFN)

20 Sbocchi professionali Provando e riprovando

21 Sbocchi professionali Ricerca e docenza nell Università Ricerca in Enti di Ricerca (INFN, INAF, CNR) Analisi statistica Informatica applicata Modellistica applicata (biologia, scienze sociali, economia e finanza, etc.) Attivitá professionali che richiedono padronanza del metodo scientifico e capacità di modellizzare fenomeni complessi.

22 CORSO DI FISICA NUCLEARE - PAOLO FINELLI 1 Paolo%Finelli Ricercatore Inizia-va/Specifica/MB31 paolo.finelli@unibo.it DIDATTICA FISICA%NUCLEARE 6//cfu/Q//secondo/semestre /Stru7ura/dei/Nuclei/Atomici /Studio/delle/Radiazioni/(α,β,γ) /Fissione/Nucleare /Fusione/Nucleare /Applicazioni RICERCA Metodi/computazionali/per/lo/studio/di/sistemi/nucleari/a/mol-/corpi /Density/Func-onal/Theory/(sta-/fondamentali) /Random/Phase/Approxima-on/(sta-/eccita-/e/risonanze) /Superfluidità/SuperconduOvità/nucleare/con/interazioni/realis-che DIP. FISICA ED ASTRONOMIA - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA

23 Teoria delle Stringhe Prof. Fiorenzo Bastianelli, Dott. Michele Cicoli, Prof. Roberto Zucchini 4 Forze fondamentali esistenti in Natura: 1) Forza elettromagnetica 2) Forza nucleare debole 3) Forza nucleare forte 4) Forza gravitazionale Ognuna necessita una descrizione quantistica (piccole distanze) e relativistica (alte energie) Tutte e 3 le interazioni non-gravitazionali descritte da una particolare teoria quantistica e relativistica chiamata Modello Standard Funziona benissimo! Vedi recente scoperta del bosone di Higgs MA il Modello Standard non contiene la gravità Gravità descritta a livello relativistico dalla Relatività Generale MA manca una descrizione quantistica della gravità! Non è un problema dato che la gravità è trascurabile a basse energie MA l interazione gravitazionale diventa intensa ad altissime energie!

24 Problema più importante: e la Gravità? - Buchi neri? - Big Bang? - Energia oscura? - Unificazione di tutte le forze? - Teoria fondamentale alla base del nostro Universo? La risposta a queste domande richiede una teoria di gravità quantistica!!

25 Teoria delle Stringhe: l idea Necessità di cambiare totalmente visione: sostituire particelle puntiformi con oggetti unidimensionali!! 1) TUTTI i tipi di particelle sono semplicemente diversi modi di oscillazione della stessa stringa 2) Unificazione di materia e forze!! 3) Contiene la gravità quantistica! 4) Esiste solo un parametro da cui si deriva tutto! 5) Contiene le teorie già note! Teoria del TUTTO!

26 Dimensioni Extra La teoria delle Stringhe predice che il nostro Universo abbia 9 dimensioni spaziali e 1 temporale. Aggiornamento Sperimentale: il numero osservato di dimensioni (grandi) è 3 spaziali e 1 temporale.

27 Soluzione Nostro Universo: 10D = 4D grandi + 6D estremamente piccole d < m Importantissimo predire la grandezza di tutte le dimensioni!

28 D-Brane La teoria delle Stringhe è più ampia di quanto si credesse 1) Normalmente, i punti finali di stringhe aperte si muovono liberamente alla velocià della luce. 2) Possono anche esistere stringhe i cui punti finali sono ancorati su superfici. Tali superfici sono interpretate come grandi oggetti massivi, chiamati D-brane, nello spaziotempo

29 Universo Brana Alcuni stati sono intrappolati sulle brane e altri sono liberi di muoversi attraverso tutte le dimensioni dello spaziotempo Tutte le note particelle ed interazionifondamentali (eccetto la gravità) sono confinate sulla brana Dimensioni extra GRANDI!! Rilevabili tramite modifiche della gravità!! Universi paralleli? Effetti delle stringhe rilevabili presto tramite gli esperimenti!!

30 Cosmologia inflazionaria e anisotropie della CMBR (Finelli, Gruppuso, Kamenchtchik, Tronconi, Vacca) L'inflazione è una pietra miliare per la cosmologia che risolve molti dei problemi del modello di Big Bang standard e predice lo spettro invariante di scala delle perturbazioni di densità. Le anisotropie della Radiazione Cosmica di Fondo (CMBR) rappresentano un segnale unico per studiare la cosmologia e la fisica delle particelle, soprattutto alla luce di esperimenti come la sonda Planck:

31 Collasso gravitazionale, fisica trans-planckiana e buchi neri (Casadio, Vacca) Il collasso gravitazionale di oggetti compatti e la formazione di buchi neri è uno dei problemi principali, sia per la fisica teorica che per l'astrofisica. Effetti nuovi (assenza di singolarità, perdita di informazione ed entropia, asymptotic safety), e potenzialmente rilevanti, possono emergere quando si tenga conto della natura quantistica della materia che collassa o che urta ad energie prossime alla scala di Planck (10^19 GeV ~ 10^-5 g).

32 Gravità semiclassica e quantistica, buchi neri e cosmologia + INFN FLAG - Quantum Fields in Gravity, Cosmology and Black Holes Partecipanti Università: Roberto Casadio, Alexandr Kamenchtchik Partecipanti INFN: Alessandro Tronconi, Gian Paolo Vacca Partecipanti INAF: Fabio Finelli, Alessandro Gruppuso In assenza di una teoria unificata delle forze fondamentali, sistemi fisici alle scale di energia raggiungibili in astrofisica e cosmologia possono essere studiati tramite un approccio semiclassico alla gravità basato sul metodo del campo di background. La gravità classica è perciò descritta dalla Relatività Generale e determina lo spaziotempo di fondo, mentre la materia (e le fluttuazioni gravitazionali) viene descritta da campi quantistici, che agiscono come sorgente della gravitazione tramite il valore di aspettazione del loro tensore energia-impulso. La cosmologia e gli oggetti compatti auto-gravitanti rappresentano gli oggetti delle due principali linee di ricerca.

33 Cosmologia inflazionaria e anisotropie della CMBR (Finelli, Gruppuso, Kamenchtchik, Tronconi, Vacca) L'inflazione è una pietra miliare per la cosmologia che risolve molti dei problemi del modello di Big Bang standard e predice lo spettro invariante di scala delle perturbazioni di densità. Le anisotropie della Radiazione Cosmica di Fondo (CMBR) rappresentano un segnale unico per studiare la cosmologia e la fisica delle particelle, soprattutto alla luce di esperimenti come la sonda Planck:

34 Collasso gravitazionale, fisica trans-planckiana e buchi neri (Casadio, Vacca) Il collasso gravitazionale di oggetti compatti e la formazione di buchi neri è uno dei problemi principali, sia per la fisica teorica che per l'astrofisica. Effetti nuovi (assenza di singolarità, perdita di informazione ed entropia, asymptotic safety), e potenzialmente rilevanti, possono emergere quando si tenga conto della natura quantistica della materia che collassa o che urta ad energie prossime alla scala di Planck (10^19 GeV ~ 10^-5 g).

35 SISTEMI QUANTISTICI A MOLTI CORPI E. ERCOLESSI, F. ORTOLANI, F. RAVANINI (DIFA) C. DEGLI ESPOSTI BOSCHI (CNR) (POST-DOC E DOTTORANDI) MODELLI DI SISTEMI A MOLTE PARTICELLE: - FORTEMENTE INTERAGENTI - IN BASSA DIMENSIONALITÀ EFFETTI QUANTISTICI SONO DOMINANTI MECCANICA STATISTICA E TEORIA DEI CAMPI: - TECNICHE ANALITICHE ESATTE E PERTURBATIVE - TECNICHE DI SIMULAZIONE NUMERICA

36 COERENZA QUANTISTICA EFFETTI QUANTISTICI CHE SI MANIFESTANO A LIVELLO MACROSCOPICO SUPERCONDUCTIVITY QUANTUM HALL EFFECT BOSE-EINSTEIN CONDENSATE PARTICOLARMENTE EVIDENTI IN SISTEMI 1-DIM. - TECNICHE DI MANIPOLAZIONE DI SINGOLI ATOMI - SISTEMI OTTICI QUANTISTICI - ATOMI ULTRAFREDDI INTRAPPOLATI

37 TRANSIZIONI DI FASE QUANTISTICHE NUOVE FASI DELLA MATERIA SPIN LIQUIDS TOPOLOGICAL INSULATORS INDAGARNE LE PROPRIETÀ FISICHE STATICHE E DINAMICHE

38 ENTANGLEMENT SPOOKY ACTION AT A DISTANCE (A. EINSTEIN) ALLA BASE DI NUOVE APPLICAZIONI: - TELETRASPORTO -CRITTOGRAFIA - QUANTUM COMPUTERS COME È COLLEGATO ALLA FISICA DI MOLTE PARTICELLE E ALLE PROPRIETÀ DI FASI ESOTICHE DELLA MATERIA

39 F. RAVANINI (DIFA), D. FIORAVANTI (INFN), post-doc e dottorandi Integrability as a unifying approach Cosmology Quantum Gravity Particle theory Strings Gauge/String duality Gauge th. QCD Black Holes Information loss paradox Integrability Solitons Entanglement Spin chains Strongly correlated electrons Ferromagnets Quantum Hall Effect

40 4-5 mesi di apprendimento 3-4 mesi di lavoro di ricerca 1 mese per la stesura finale Tesi di Laurea magistrale Svolgimento Totale: circa 9-10 mesi di impegno Consiglio: iniziare verso fine del primo anno (settembre) se ci si vuole laureare per luglio del secondo.