Campus Invernale Matematica Fisica Astrofisica E Nuove Tecnologie

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1 Campus Invernale Matematica Fisica Astrofisica E Nuove Tecnologie Dicembre 2014 Bardonecchia Da Galileo al Bosone di Higgs: Il filo conduttore di quattro secoli di scienza Wanda M. Alberico Dipartimento di Fisica dell'università di Torino Scuola di Scienze della Natura

2 Galileo Galilei ( ) «La filosofia è scritta in questo grandissimo libro che continuamente ci sta aperto innanzi a gli occhi (io dico l'universo), ma non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua, e conoscer i caratteri, ne' quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica, e i caratteri son triangoli, cerchi, ed altre figure geometriche, senza i quali mezzi è impossibile a intenderne umanamente parola; senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.» (Il Saggiatore)

3 Il Metodo Sperimentale Osservazione: serve a inquadrare il fenomeno che si vuole studiare e a raccogliere informazioni al suo riguardo. Misurazione: La misurazione con l uso di strumenti rende le osservazioni più precise e utili alle ricerche. Non basta dire, per esempio, "l acqua è calda", ma occorre stabilire "quanto è calda" usando il termometro per misurarne la temperatura in quel determinato momento. Formulazione di un ipotesi: Sulla base delle osservazioni e dei dati raccolti è possibile farsi un idea del fenomeno studiato e cercare di darne una spiegazione, cioè formulare un ipotesi. Verifica Sperimentale: consiste nel realizzare un esperimento per verificare la correttezza dell ipotesi fatta. Se il risultato non conferma l ipotesi è necessario formularne una più corretta rispetto a quella precedente.

4 E Galileo osserva, e misura,... e confronta con i modelli dell'universo Nel Sidereus Nuncius descrive la costruzione del primo cannocchiale usato per scopi scientifici, e poi le grandi sorprese che il cielo stellato disvela attraverso il nuovo strumento: i quattro satelliti di Giove, le asperità della superficie lunare, le macchie solari, le fasi di Venere: Tutto concorda con il modello di Copernico, il Sole è al centro dell'universo e la Terra, come Giove e Saturno e Venere, ruotano intorno al Sole e non Sono sfere perfette come sostiene Aristotele

5 Isaac Newton ( )

6 regolano il mondo: Newton trova le leggi che Primo principio (di inerzia): Ogni corpo persevera nello stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, a meno che non sia costretto a cambiare da forze impresse a mutare questo stato (principio di inerzia) Secondo principio (variazione del moto) Il cambiamento di moto è proporzionale alla forza motrice impressa e avviene secondo la linea retta lungo la quale la forza è stata impressa (F=ma) Terzo principio (di azione e reazione) A ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria.

7 E la legge di gravitazione universale: Per la prima volta fenomeni terrestri e celesti sono unificati e obbediscono un'unica, semplice relazione matematica: la Luna e la mela cadono verso la Terra seguendo la stessa legge, soggette alla stessa causa motrice: la gravità. Definisce lo spazio, il tempo, i sistemi di riferimento inerziali, studia i sistemi complessi, l'attrito, spiega le maree, la forma schiacciata della Terra...

8 E cerca di scoprire i segreti della luce e dei colori, inventa un nuovo strumento per esplorare i cieli, il telescopio a riflessione, più potente e compatto del cannocchiale di Galileo. E inventa il calcolo differenziale e integrale, le serie numeriche, ma anche la zigrinatura delle monete d'oro per evitare che vengano limate e alleggerite...

9 James Maxwell ( ) Newton ha messo a punto tutta la meccanica: celeste e terrestre, ma altri fenomeni attendono di essere spiegati in termini quantitativi e matematici: quelli elettrici e magnetici. Sono fenomeni difficili da controllare, richiederanno il contributo e le ricerche di molti scienziati. Nel 1865 Maxwell scrive le sue famose equazioni: Elettricità e magnetismo sono riunificati nelle leggi dell'elettromagnetismo.

10 Albert Einstein ( ) Due secoli sono trascorsi dall'opera di Galileo, ma i 150 anni che ci dividono dalle equazioni di Maxwell sono densi di idee e di progressi che si accumulano a ritmo sempre più serrato. L'opera di Einstein irrompe nel mondo scientifico da un oscuro ufficio brevetti di Berna e nel 1905 segna la nascita di due nuovi modi di concepire la realtà fisica: 1. con la spiegazione dell'effetto fotoelettrico i quanti di luce acquistano dignità di enti reali, è l'anello di congiunzione tra l'ipotesi di Planck e la Meccanica quantistica 2. il lavoro sull'elettrodinamica delle cariche in movimento da' invece origine alla teoria della relatività.

11 Relatività Già la relatività ristretta rivoluziona i concetti della fisica classica: l'universo è un mondo in 4 dimensioni, alle 3 spaziali si mescola il tempo, con conseguenze tutt'altro che intuitive. Massa ed energia sono la stessa realtà fisica, come nell'equazione più famosa: E=mc² (c= velocità della luce) Ma Einstein non si accontenta di considerare i sistemi inerziali, vuole applicare il principio di relatività anche ai sistemi accelerati, ed approda alla relatività generale con un principio di equivalenza tra sistemi accelerati e sistemi soggetti a gravità.

12 L'equazione dell'universo La gravitazione di Newton è superata, il campo gravitazionale è generato dalle masse e cambia la struttura geometrica dell'universo: la massa incurva lo spazio. L'osservazione di una stella nascosta durante un'eclissi solare del 1919 consacra il genio di Einstein.

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14 1922 il matematico russo Alexander Friedmann propone una soluzione corrispondente ad Universo dinamico, in espansione: nasce la teoria del Big Bang 1929, queste idee teoriche trovano una clamorosa conferma sperimentale nella scoperta di Hubble secondo il quale le galassie si allontanano da noi ad una velocità proporzionale alla loro distanza 1964 i due radioastronomi Penzias e Wilson scoprono casualmente la radiazione di fondo cosmica, cioè la radiazione elettromagnetica residua prodotta dal Big Bang che permea tutto l universo.

15 Elettrodinamica Quantistica Richard Feynman e i suoi diagrammi

16 Il Modello Standard

17 Le interazioni nel modello Standard e il meccanismo di Higgs

18 Prof. Higgs

19 Dal Cannocchiale di Galileo al LHC del CERN

20 Corso di Studi in Fisica Primo livello Laurea triennale in Fisica (180 c.f.u.) Biennio comune Possibilità di diversificazione con scelte di 4 corsi al terzo anno Laurea triennale in Ottica e Optometria (180 c.f.u.) Laurea professionalizzante accesso diretto al mondo del lavoro

21 Corso di Studi in Fisica Secondo Livello 2 Lauree Magistrali: Laurea magistrale in Fisica (120 c.f.u.) articolata in 3 curricula: Astrofisica e Fisica Teorica Fisica dell Ambiente e delle Tecnologie Avanzate Fisica Nucleare e Subnucleare e Biomedica Laurea Magistrale Interateneo in Fisica dei Sistemi Complessi Universita' di Torino & Università del Piemonte Orientale Studio e modellizzazione di fenomeni complessi naturali e non