Per i corsi per i quali non viene esplicitamente indicata una pagina web si faccia riferimento al Manifesto degli Studi
1^ Semestre
2^ Semestre
Docente: Marcello Carla'
Docente: Guglielmo Ventura
1) Vacuum techniques
2) Cryoliquids
3) Properties of solids at low temperature
3.1) Specific heat
3.2) thermal expansion
3.3) thermal conductivity
4) Thermal contact and switches
5) Cooling down to 0.3 K
6) Dilution refrigerators
7) Other refrigerators
7.1) Pomeranchuck refrigerator
7.2) Adiabatic demagnetization refrigerator
7.3) Nuclear demagnetization refrigerator
7.4) Tunnel-Junction electronic refrigerator
8) Temperature metrology
9) Thermometry
(10) Low-Temperature Measurements
10.1) Specific heat measurements
10.1.1) Specific heat measuring techniques
10.1.2) Examples of measurements of specific heat
10.2) Thermal expansion measurements
10.2.1) Thermal expansion measurement techniques
10.2.2) Examples of measurements of thermal expansion
10.3) Thermal conductivity
10.3.1) Thermal conductivity measuring techniques
10.3.2) Examples of measurement of thermal conductivity.
10.4) Measurements of electrical resistance, dielectric constant etc
11) Instrumentation for cryogenics
11.1 R.F. shieldind and filtering
11.2 Bridges
11.3 Lock in
11.4 Temperature control
11.5 Low-noise room-temperature and cold amplifiers
11.6 Magnets
12) Special applications of Cryogenics
12.1) Detectors for Astrophysics
12.2) Detectors for X-ray spectroscopy
12.3) Detectors of weakly interacting particles
Testo: Dispense fornite all'inizio del corso
Esperienze di laboratorio:
Testi: - R. Fernow, Introduction to Experimental Particle Physics - Cambridge University Press - 1989 - Glenn F. Knoll, Radiation Detection and Measurement - John Wiley & Sons - Articoli di review distribuiti durante il corso
RAGGI COSMICI
Anno accademico 2005-2006
Docenti : Paolo Papini (modulo I) e Sergio Bottai (modulo II)
e-mail :
Programma modulo I
Fenomenologia dei raggi cosmici, metodo di misura dei flussi dei raggi cosmici, definizione e uso del fattore geometrico.
· Influenza del campo magnetico terrestre e dell'attività solare sui raggi cosmici misurati sulla Terra.
· Composizione nucleare dei raggi cosmici, comparazione con le abbondanze locali e equazione del trasporto dei raggi cosmici nella galassia.
· Modello di propagazione semplificato (leaky box model) e studio delle caratteristiche dei raggi cosmici attraverso le misure delle abbondanze relative (materiale attraversato, composizione alle sorgenti, indice spettrale, tempo di accelerazione e riaccelerazione, vita media dei raggi cosmici).
· Flusso di elettroni nei raggi cosmici, emissione elettromagnetica e alone galattico.
· Flusso di antimateria (antiprotoni, positroni e ricerca di antinuclei) e connessioni con eventuali sorgenti primarie.
· Bilancio energetico dei raggi cosmici e meccanismo di accelerazione di Fermi in relazione con la fisica delle supernova.
Programma modulo II :
- Raggi cosmici di energia ultra alta
· Fenomenologia degli sciami atmosferici e tecniche di rivelazione.
· Flussi di raggi cosmici con energia oltre 1014 eV
· Meccanismo di Fermi ed energia massima raggiungibile.
· Il problema della accelerazione alle energie sopra il ginocchio e spiegazione della forma dello spettro dei raggi cosmici al ginocchio.
· La propagazione extragalattica delle particelle ed il cutoff GZK atteso nello spettro dei raggi cosmici di energia estrema.
· Discussione sulle possibili sorgenti extragalattiche di raggi cosmici di energia E>1019 eV e sui modelli per l’interpretazione dei dati.
- Astronomia a neutrini di energia ultra alta
- Neutrini atmosferici : fenomenologia, rivelazione e oscillazione di neutrini.
- Neutrini solari : fenomenologia, rivelazione e oscillazione di neutrini.
Testi :
MODULO I:
M.S. Longair, ‘High Energy Astrophysics’, Cambridge University Press (in particolare i capitoli 1, 9, 10, 11, 19, 20, 21).
T.K.Gaisser “Cosmic Rays and Particle Physics” (in particolare i capitoli 1,9, 10, 11).
E. Fermi “Nuclear Physics” (capitolo 10).
J.D. Sullivan “Geometrical Factor and Directional Response of Single and Multi-element Particle Telescope”, NIM 95 (1971) 5-11.
Per la parte relativa alla cosmologia e la simmetria materia/antimateria: E.W. Kolb and M.S. Turner “The Early Universe”, Addison-Wesley 1990 oppure L.Bergstrom and A.Goobar “Cosmology and Particle Astrophysics” capitoli 7 e 8.
MODULO II :
Dispense modulo II distribuite alla fine del corso
Articolo di Review su oscillazioni di neutrino distribuito alla fine del corso: Int. J. Mod. Phys. A16 4085 (2001)
D.H. Perkins, ‘Particle Astrophysics’, Oxford University Press.
Esame :
Esame orale sugli argomenti trattati durante il corso.
Docente: A. Dellafiore
e-mail:
dellafiore@fi.infn.it
Programma:
Docente: Egidio Landi Degl'Innocenti
Programma:Richiami delle equazioni di Maxwell. Energia e quantita` di moto trasportate
dal campo elettromagnetico. Potenziali elettromagnetici. Invarianza di gauge.
Spettro della radiazione. Spettri di segnali stocastici e di segnali periodici.
Polarizzazione di un'onda monocromatica. Parametri di Stokes e loro proprieta`.
Misure spettropolarimetriche. Potenziali elettromagnetici dovuti a cariche e
correnti. I potenziali di Lienard e Wiechart. Campo elettromagnetico di
una carica in moto. Irraggiamento di una carica in moto. Effetti relativistici.
La diffusione Thomson e la diffusione Rayleigh. La radiazione di frenamento, la
radiazione di ciclotrone e la radiazione di sincrotrone. Irraggiamento dipolare
e quadrupolare. Diagrammi di radiazione. Quantizzazione del campo
elettromagnetico. Operatori di creazione e di distruzione. Concetto di fotone.
Interazione materia-radiazione. L'Hamiltoniana di interazione. Principio
dell'accoppiamento minimale. Le equazioni cinetiche. La regola aurea di Fermi.
Processi elementari di emissione e di assorbimento. Diagrammi di Feynman. Le
equazioni dell'equilibrio statistico per il sistema materiale. L'equazione del
trasporto per il campo di radiazione. Emissione stimolata.
Modalita` di esame: esame orale sugli argomenti del programma
Testo consigliato: E. Landi Degl'Innocenti, "Spettroscopia Atomica e Processi Radiativi", Springer-Verlag Italia, Milano, 2009 (Capitoli 1,2,3,4 e 11)
Ricevimento: TBD
Programma del corso di teoria dei campi 2007-2008 I trim.
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Docenti: S.De Curtis e A. Cappelli:
- Introduzione al corso; ordini di grandezza - Simmetrie e leggi di conservazione; quark leptoni e interazioni fondamentali
- Interazioni deboli prima del modello standard
- Introduzione alle teorie di gauge non-abeliane
- Rottura spontanea della simmetria, teorema di Goldstone, meccanismo di Higgs
- Path-integral in teoria dei campi, metodi funzionali e serie perturbativa
- Path-integral in teorie di gauge, argomento di Fadeev-Popov
- Esempi di rottura spontanea della simmetria in meccanica statistica
- Modello standard elettro-debole: SU(2)xU(1)
- Gauge rinormalizzabile e unitaria, masse dei fermioni, mescolamento delle famiglie
- Matrice CKM, violazione di CP, meccanismo GIM
- Fenomenologia del modello standard: alcuni processi
- Rinormalizzazione e gruppo di rinormalizzazione
- Equazione di Callan-Symanzik e costante d'accoppiamento mobile
- Rinormalizzazione col path-integral delle teorie di gauge non-abeliane
- Calcolo della beta function col metodo del background field
- Introduzione alla QCD e al modello a partoni
testi consigliati:
M.E. Peskin and D.V. Schoeder, "An introducion to Quantum Field Theory"; Addison-Wesley Pub. Co.
P.Ramond, Field Theory a modern primer, the Benjamin/Cummings Pub. Co.
Ta-Pei Cheng and Ling-Fong Li, Gauge theory of elementary particle physics, Oxford Science pub.
D.H. Perkins, Introduction to High Energy Physics 4th Edition, Cambridge University Press
modalita' di esame:
orale
Docente: L. Casetti
I anno, II semestre
Struttura e finalità del corso
Il corso si compone di due parti. La prima parte è dedicata a un'esposizione dei concetti fondamentali della meccanica statistica di equilibrio, e vi si affrontano anche argomenti abbastanza avanzati come la teoria delle trasformazioni fra insiemi statistici. Questa parte del corso è pensata come un complemento al corso introduttivo di meccanica statistica che viene di norma seguito durante il corso di laurea di I livello, tuttavia è fruibile anche da chi non abbia una preparazione preesistente in meccanica statistica. La seconda parte del corso è invece completamente dedicata alle transizioni di fase: dopo un'introduzione fenomenologica si affrontano i nodi concettuali generali (singolarità termodinamiche, rottura della simmetria e dell'ergodicità) per poi passare alla teoria dei fenomeni critici (campo medio, teoria di Landau e di Landau-Ginzburg, invarianza di scala e gruppo di rinormalizzazione).
Programma sintetico
Teoria degli insiemi statistici: operatore densità, postulati della meccanica statistica, insiemi statistici quantistici, limite classico. Limite termodinamico, interazioni a corto e lungo raggio. Teoria delle trasformazioni fra insiemi statistici. Transizioni di fase e fenomeni critici: singolarità
delle funzioni termodinamiche, teoria di Lee e Yang. Rottura spontanea della simmetria e rottura dell'ergodicità. Teoria di campo medio, teoria di Landau e di Landau-Ginzburg. Universalità, invarianza di scala, esponenti critici. Gruppo di rinormalizzazione.
Testi consigliati
R. Balian, "From microphysics to macrophysics" (Springer), in particolare il Vol. I.
L. Peliti, "Appunti di meccanica statistica" (Bollati Boringhieri).
R. P. Feynman, "Statistical mechanics" (Perseus).
J. J. Binney et al., "The theory of critical phenomena" (Oxford).
N. Goldenfeld, "Lectures on phase transitions and the renormalisation group" (Addison-Wesley).
J. Cardy, "Scaling and renormalization in statistical physics" (Cambridge).
Modalità di esame
L'esame finale consiste in un colloquio sugli argomenti trattati nel corso. Tuttavia, dato che si ritiene che un lavoro personale di approfondimento possa essere utile per gli studenti della laurea magistrale, coloro che lo vorranno potranno preparare l'esposizione di un argomento, concordato col docente, che contenga un approfondimento di uno o più aspetti particolari del corso, inquadrato in un ambito più generale. In tal caso, la prima metà dell'esame consisterà nell'esposizione e discussione dell'argomento scelto; si passerà poi a un colloquio su altri aspetti del programma del corso.
Contatti
Lapo Casetti
Dipartimento di Fisica, stanza 304 (II piano) tel. 0554572311 (int. 2311)
lapo.casetti@unifi.it, casetti@fi.infn.it
Docente: A. Fasano
Sono disponibili delle dispense interne.
Programma:
Esempi di equazioni differenziali alle derivate parziali tratti da applicazioni fisiche, soluzioni speciali e metodi di calcolo.
Le equazioni del primo ordine e i fronti d'urto, i tre classici tipi di equazioni del secondo ordine
(equazioni ellittiche, iperboliche, paraboliche).
Docente: Massimo Chiari
Corso del II semestre
Programma del corso:
- Interazione particelle cariche-materia.
- Produzione di fasci di ioni: acceleratori elettrostatici e sorgenti di ioni; trasporto e diagnostica di fasci di ioni. Estrazione di un fascio in esterno; metodi di misura dell'intensità di un fascio di ioni in esterno.
- Principi fisici e metodi delle tecniche di analisi con fasci di ioni (Ion Beam Analysis, IBA) per lo studio della composizione e della struttura dei materiali, in particolare:
PIXE - Particle Induced X-ray Emission
PIGE - Particle Induced Gamma-ray Emission
EBS - Elastic Backscattering Spectroscopy
ERDA - Elastic Recoil Detection Analysis
NRA - Nuclear Reaction Analysis.
- Applicazioni delle tecniche IBA nel campo della scienza dei materiali, dei beni culturali, delle scienze ambientali e della geologia.
- Esercitazione con codici di simulazione e di analisi dati.
Testo:
Dispense fornite durante il corso.
R. Tesmer, M. Nastasi ed.s "Handbook of Modern Ion Beam Materials Analysis" MRS
Esame:
Seminario di approfondimento su un argomento concordato con il docente.
Contatti:
Massimo Chiari
Dipartimento di Fisica, stanza 201 (I piano)
tel. 0554572273 (int. 2273)
chiari@fi.infn.it
Docente: A. Vinattieri
Vengono introdotti i principi generali della spettroscopia ottica di
semiconduttori con particolare enfasi sui processi di rilassamento e
sulle scale temporali tipiche. Si discutono aspetti della
spettroscopia risolta in frequenza e tempo concentrandosi sulle
caratteristiche della luminescenza. Vengono presentati i rivelatori
e le tecniche di rivelazione per spettroscopia ultraveloce. Si
richiamano concetti relativi alle sorgenti impulsate per
spettroscopia ultraveloce, con particolare enfasi sui principi
generali del Q-switching e mode-locking. Brevi cenni alla
propagazione di impulsi in mezzi lineari e non lineari.In laboratorio
vengono eseguite una misura di autocorrelazione di un impulso al
picosecondo e misure di luminescenza ed eccitazione della
luminescenza in semplici nanostrutture. L'attivita' di laboratorio
prevede la stesura di una relazione con la presentazione delle misure
effettuate e l'analisi dei dati sperimentali. La prova di esame
consiste nella discussione dell'elaborato e nella verifica delle
conoscenze teoriche previste dal programma del corso.
Libri consigliati:
Marius Grundmann: The physics of Semiconductors (Springer)
A.Siegmann: Lasers
J.Shah: Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductors
nanostructures (Springer)
D.K.Schroder: Semiconductor Material and Device characterization
( Wiley)
Teorema di Bloch. Struttura a bande. Metodo k.p. Teoria della massa
effettiva. Il concetto di lacuna. Le impurezze in un semiconduttore
ed il drogaggio. Statistica nei semiconduttori omogenei: legge di
azione di massa. Statistica in un semiconduttore drogato.
Il trasporto di carica: modello di Drude. Correnti di deriva e
diffusione. Processi di ricombinazione radiativa e non. La giunzione
p-n. Il diodo MOS. Il fotodiodo e la cella solare. Il LED e il laser
a semiconduttore. Il transistor bipolare e il MOSFET.
Cenni alle eterostrutture.
Esame orale
Testi consigliati:
Marius Grundmann: The physics of Semiconductors (Springer)
B.Sapoval and C.Hermann: Physics of Semiconductors ( Springer-Verlag)
S.M.Sze and K.K.Ng: Physics of Semiconductor Devices (Wiley)
Generalità sull'interazione nucleone-nucleone. I numeri magici e la nascita del modello a shell. Interazione spin-orbita a un corpo. Autofunzioni di
particella singola per vari potenziali centrali. Modello a shell estremo per nuclei pari- dispari. Le reazioni dirette di stripping e pick-up per
individuare stati di particella singola. I momenti magnetici e di quadrupolo elettrico.Interazione di due particelle al di fuori di shell chiuse dedotta da stati eccitati di particolari nuclei.Spin isotopico. Generalità sui tensori sferici. Teorema di Wigner -Eckart e algebra di Racah; coefficienti 3j,6j,9j ed esempi di applicazione.
Classificazione degli stati possibili di n nucleoni in una data shell.Coefficienti di parentela frazionaria a un corpo e due corpi e loro utilizzo per il calcolo della matrice hamiltoniana e di probabilità di transizione elettromagnetica. Relazione di Pandya.Il problema del moto del centro di massa.Sviluppo in multipoli della generica interazione a due corpi. Interazione delta ed interazione di pairing.La seniorità. Il problema generale di n nucleoni distribuiti in varie orbite: cenni ai programmi di calcolo disponibili nell'ambito del modello a shell per la determinazione di autostati ed il calcolo di varie quantità di interesse della spettroscopia nucleare.
Testi consigliati per consultazione:
M. Goeppert Mayer, J. H.Jensen:Elementary theory of nuclear shell structure
A.De Shalit, I. Talmi: Nuclear shell theory
K. L. Heyde: The Nuclear shell model
R. D.Lawson:Theory of the Nuclear shell model.
P. J. Brussaard , P. W. M. Glaudemans: Shell-model applications in nuclear spectroscopy.
R.F. Casten: Nuclear structure from a simple perspective
L'esame relativo al corso (trimestrale; 3CFU) prevede il superamento di una prova orale.
Docente: Marcello Carla'
Collegamento e colloquio tra computer e strumenti - caratteristiche
del bus ieee488 - controllo di strumentazione in ambiente Labview -
controllo di strumentazione tramite programmazione in C - programmazione
in "user space" ed in "kernel space" - programmazione in "kernel space"
in ambiente Linux - esempio di modulo di kernel per acquisizione dati su
porta parallela.
Esperienze di laboratorio
=========================
L'elenco delle esperienze di laboratorio e' solo indicativo. Le
applicazioni specifiche potranno variare anno per anno, anche in
relazione alla strumentazione disponibile.
Tutte le lezioni si svolgeranno in laboratorio e saranno composte da
una prima parte di introduzione teorica, seguita dalla applicazione
su computer delle procedure introdotte.
Ambiente Labview:
Procedura di acquisizione dati da un canale ADC e calcolo dello
spettro di Fourier.
Controllo di un VCO tramite un DAC e misura della risposta di una
rete in funzione della frequenza.
Ambiente C:
Utilizzo di generatore e voltmetro su bus ieee488 per la misura
della risposta IV di un elemento di circuito non lineare.
Campionamento di un segnale e sincronizazione.
Realizzazione di un anello di controllo di processo a reazione
negativa.
Programmazione C in "kernel space":
Realizzazione di un semplice driver per porta parallela, con utilizzo
del sistema di interrupt.
esame
=====
Colloquio orale. Per sostenere l'esame si richiede di aver completato
il ciclo delle esperienze di laboratorio.
Anno 2009-2010
Secondo semestre.
Docente: Giuseppe Barbagli
E-mail: barbagli@fi.infn.it
Programma
INTRODUZIONE.
ACCELERATORI.
Principi di accelerazione di particelle cariche. Acceleratori lineari e circolari. Ciclotroni. Sincrotroni. Anelli di accumulazione. Luminosita'. Polarizzazione. Fasci secondari e in particolare di neutrini. Applicazioni di acceleratori industriali, mediche e alla produzione di energia.
INTERAZIONE RADIAZIONE-MATERIA.
Principi di interazione di particelle/radiazione e materia. Interazione di particlelle cariche. Formula di Bethe-Heitler. Distribuzione di Landau. Scintillazione. Radiazione Cerenkov e di transizione. Irraggiamento. Interazioni di fotoni (effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie). Interazioni nucleari e di neutroni. Interazioni di neutrini. Sciami elettromagnetici e adronici.
STRUMENTI DI RIVELAZIONE DI PARTICELLE E RADIAZIONE.
Tracciamento di particelle cariche in rivelatori a gas. Misura di impulso. Modalita' di operazione dei rivelatori a gas. MWPC. Camere a drift. Time Projection Chamber. Rivelatori a stato solido. Giunzioni. CCD. Pixel. Strip. Silicon drift chamber. Danneggiamento da radiazione. Scintillatori. Fotomoltiplicatori. Fotodiodi. Calorimetri elettromagnetici e adronici. Compensazione. Identificazione di particelle (dE/dx, Time-of-flight, Cerenkov, radiazione di transizione). Cerenkov a soglia. RICH. Sistemi di acquisizione ed elaborazione dati. Trigger.
GRANDI APPARATI.
Esempi di sistemi di rivelatori della fisica ad alte energie.
Gli esperimenti a LHC.
Modalita' esame:
Solo orale.
Presentazione di un apparato sperimentale di fisica subnucleare.
Domande sulla presentazione e sul programma svolto.
Bibliografia:
Materiale didattico (articoli, trasparenze) che sara' distribuito agli studenti gradualmente in formato elettronico.