e il Corso di Laurea in Fisica a Lecce

Presentazione sul tema: "e il Corso di Laurea in Fisica a Lecce"— Transcript della presentazione:

1 e il Corso di Laurea in Fisica a Lecce
La Fisica Oggi Questa presentazione intende fornire un rapido e, pertanto, inevitabilmente parziale quadro della Fisica dei nostri giorni illustrando i campi di interesse, le metodologie e le applicazioni della ricerca in Fisica. Il campo di indagine della Fisica si estende dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande (lungo un percorso dal semplice al complesso) passando per tutte le scale di dimensioni a cui corrispondono i vari ambiti di ricerca e di applicazioni relative. A ogni scala, il metodo di indagine scientifica consiste nell’avvicendarsi di teoria ed esperimento. L’evoluzione incessante di ognuno degli settori della Fisica, da quelli prettamente applicativi fino alla ricerca fondamentale, passando per le tecnologie di servizio alla ricerca, e` messa in evidenza da alcuni esempi emblematici: Le tecnologie di frontiera per i prossimi esperimenti di Fisica delle Particelle Elementari agli acceleratori; La frontiera della Astrofisica e della Cosmologia; La frontiera della conoscenza dell’infinitamente piccolo: I neutrini e la loro massa; Le nanotecnologie, un nuovo potente approccio alla realizzazione di componenti elettronici; Le applicazioni della Geofisica nella vita di tutti i giorni. I progressi nella nostra comprensione della realta` oggi sono il prodotto degli sforzi coordinati di un’ampia comunita` di fisici in cui ciascuno concorre al raggiungimento degli obiettivi scientifici con le proprie personali attitudini. In questo processo l’Italia ha avuto da sempre un ruolo fondamentale: da Galileo, fondatore del metodo scientifico, ai tre premi Nobel italiani del ‘900. Il Corso di Laurea in Fisica dell’Universita` di Lecce garantisce agli studenti una ricca offerta formativa, frutto di una consolidata tradizione culturale e di un ambiente scientifico differenziato e vivace. Infatti, le varie comunita` di fisici leccesi, raggruppate in 4 dipartimenti di ricerca omegenei all’interno per aree culturali, si collocano in una posizione di rilievo nel panorama scientifico internazionale, partecipando a numerose collaborazioni internazionali in vari campi di ricerca fondamentale e applicata. La formazione versatile e rigorosa del fisico, apre un ampio spettro di opportunita` occupazionali ai laureati; questo ventaglio di figure professionali si arricchisce, inoltre, con il prendere piede di nuovi trend socio-culturali, si pensi all’attenzione crescente alle problematiche ambientali che richiede figure professionali di controllo e monitoraggio dell’inquinamento, con il diffondersi delle applicazioni di tecnologie di indagine e di misura proprie della fisica in campi disparati, come la diagnostica medica e l’analisi di reperti archeologici, con l’imporsi dei metodi di analisi statistica e simulazione di processi casuali in vari ambiti, ad esempio l’economia. e il Corso di Laurea in Fisica a Lecce

2 cosa studia la Fisica una scienza in continua evoluzione il metodo di lavoro del fisico studiare Fisica a Lecce il fisico nel mondo del lavoro

3 Cosa studia la Fisica

4 dall’infinitamente grande
10+26 m = dimensione dell’universo osservabile all’infinitamente piccolo 10-15 m = raggio classico dell’elettrone Il campo di indagine della Fisica si estende su una scala di dimensioni pari a circa 40 ordini di grandezza: dalla dimensione dell’universo osservabile fino alle particelle subnucleari che sono ritenute puntiformi al pari dell’elettrone. Il concetto di puntiforme e` ovviamente una astrazione che corrisponde alla incapacita` di risolvere una eventuale sottostruttura di tali particelle utilizzando le attuali metodologie sperimentali che sondano distanze cento volte piu` piccole delle dimensioni di un nucleone. La dinamica dell’elettrone non puo` essere descritta correttamente al di fuori della meccanica quantistica. Una descrizione classica dell’elettrone gli attribuirebbe una dimensione caratteristica di 1/10^15 m, che e` circa pari alla minima distanza esplorabile sperimentalmente. e ritorno Lo studio dei costituenti ultimi della materia ha profonde implicazioni sull’evoluzione dell’universo … e viceversa

5 Particelle Elementari
Nel percorso dal grande al piccolo si collocano le diverse aree della fisica moderna 10+26 m Astrofisica econophysics complesso atmosfera clima applicazioni materiali elettronica comunicazioni Fisica dei sistemi complessi Materia Ordinaria la scala umana Fisica Atomica e Molecolare meccanica statistica laser cosmologia Fisica Nucleare semplice medicina Particelle Elementari trasferimento tecnologico 10-15 m

6 Alla scala più bassa di dimensioni e complessità
I processi si descrivono come interazioni fondamentali tra particelle elementari (costituenti della materia) 12 oggi la tavola degli elementi per i fisici delle particelle leptoni quark Con il termine “particelle elementari” si intendono le particelle che, allo stato attuale di conoscenza, appaiono come entita` puntiformi, prive di sottostruttura. La distinzione in due famiglie, leptoni e quark, e` basata sulla proprieta` specifica dei quark di sentire l’interazione forte (chiamata anche di colore). Questa interazione tiene insieme in un protone 2 quark u e un quark d, e in un neutrone 2 quark d e un quark u. I leptoni, invece, interagiscono in maniera elettrodebole. In particolare i neutrini, che non hanno carica elettrica, sentono solo la componente debole dell’interazione elettrodebole. Le particelle contenute nella banda di colore marrone sono le piu` leggere e, con l’eccezione del neutrino-elettrone, sono le sole particelle presenti nella materia ordinaria, cioe` negli atomi. Le particelle nelle altre bande di colore hanno ciascuna le proprieta` della particella corrispondente nella prima banda, ma sono piu` pesanti e decadono in particelle piu` leggere. Il Modello Standard, la teoria formulata tra gli anni 60 e gli anni 70 che spiega in maniera estremamente precisa le interazioni tra le particelle elementari, non ci fornisce la motivazione dell’esistenza delle particelle nelle altre due bande di colore, che tuttavia sono state prodotte e studiate in laboratorio. L’ultimo arrivato nella tabella e` il quark top, scoperto nel 1994 dagli esperimenti CDF e D0 al FERMILAB. Non bisogna dimenticare, inoltre, che per ogni particella esiste la corrispondente anti-particella e ognuno dei quark (e degli anti-quark) esiste in tre stati di carica di colore (cioe` carica dell’interazione forte).

7 Alla scala più bassa di dimensioni e complessità
I processi si descrivono come interazioni fondamentali tra particelle elementari (costituenti della materia) 12 oggi 3 oggi Gravitazionale Elettrodebole Forte prima del 1984 Gravitazionale Elettromagnetica Debole Forte prima del 1888 Gravitazionale Elettrica Magnetica Per ogni tipo di interazione esistono particelle speciali che trasmettono la forza tra particelle di materia  W Z gluoni ? L’elenco delle interazioni fondamentali si e` allungato nel tempo, ogni volta che nuovi processi sono stati osservati. Tuttavia, in alcuni momenti della storia della Fisica, l’elenco si e` accorciato. Cio` e` accaduto quando e` stato dimostrato, con uno sforzo congiunto sperimentale e teorico, che alcuni fenomeni apparentemente differenti erano originati da un’unica interazione. Il primo esempio di questo processo di “unificazione” e` la teoria dell’elettromagnetismo di Maxwell, che descrive elettricita` e magnetismo come aspetti differenti dell’interazione tra particelle cariche. Nel 1888 Hertz osservando e studiando le proprieta` delle onde elettromagnetiche, predette dalla equazioni di Maxwell, forni la prova sperimentale della teoria dell’elettromagnetismo. Nel secolo scorso, alla fine degli anni 60, Glashow, Salam e Weinberg formularono una teoria che unificava elettromagnetismo e interazioni deboli. La teoria prevedeva l’esistenza delle particelle W e Z, mediatrici assieme al fotone dell’interazione elettrodebole. Nel 1984 in collisioni di protoni e antiprotoni osservate nell’esperimento UA1 al CERN, le particelle W e Z furono rivelate per la prima volta. Oggi le proprieta` della particella Z sono conosciute con estrema precisione (la sua massa e` tra le grandezze meglio conosciute in fisica) grazie ai risultati di quattro esperiementi condotti al collider LEP al CERN. LEP e` un acceleratore circolare (della circonferenza di 27 Km) in cui elettroni e anti-elettroni viaggiano in direzione opposta gli uni agli altri e si incontrano, producendo particelle Z, in 4 punti di interazione lungo la circonferenza. In questi punti sono collocati 4 apparati sperimentali che osservano le particelle prodotte dal decadimento della Z e nen deducono le proprieta` fondamentali.

8 Risalendo la scala della complessità
Lo studio dei sistemi caratterizzati da Grande numero di entità individuali Interazione fra gli individui Proprietà collettive assenti in un sistema di pochi individui Interdisciplinarità I metodi della Fisica dei sistemi complessi, cioe` costituiti da un grande numero di entita`, si applicano in campi estremamente diversificati. Alcuni esempi sono rappresentati nelle figure: Figura 1) (centro-sinistra) La Borsa di Tokyo Figura 2) (in basso a destra) un vortice in un fluido Figura 3) (in basso a sinistra) rappresentazione tridimensionale delle 3 uscite in tensione di un circuito elettronico caotico Figura 4) (in alto a destra) segmenti identici di DNA Figura 5) (centro-destra) Formazione di una tromba d’aria Figura 6) (in alto a sinistra) Patterns di vegetazione nel deserto del Negev (Istraele) Filmato: formazione di patterns di rottura in cristalli di SiO2

9 Risalendo la scala della complessità
due molecole di DNA La Fisica dei sistemi complessi Grande numero di entità individuali Interazione fra gli individui Proprietà collettive assenti in un sistema di pochi individui Interdisciplinarità la borsa di Tokyo I metodi della Fisica dei sistemi complessi, cioe` costituiti da un grande numero di entita`, si applicano in campi estremamente diversificati. Alcuni esempi sono rappresentati nelle figure: Figura 1) (centro-sinistra) La Borsa di Tokyo Figura 2) (in basso a destra) un vortice in un fluido Figura 3) (in basso a sinistra) rappresentazione tridimensionale delle 3 uscite in tensione di un circuito elettronico caotico Figura 4) (in alto a destra) segmenti identici di DNA Figura 5) (centro-destra) Formazione di una tromba d’aria Figura 6) (in alto a sinistra) Patterns di vegetazione nel deserto del Negev (Istraele) Filmato: formazione di patterns di rottura in cristalli di SiO2 vortice in un fluido

10 Una scienza consolidata
in continua evoluzione Le tecnologie a servizio della sperimentazione Le frontiere della conoscenza Le applicazioni nella vita di tutti i giorni

11 L’evoluzione delle immagini dei costituenti della materia
1950 Camere a Bolle ( Nobel a D. Glaser per l’invenzione delle Camere a Bolle ) 1984 Prima osservazione della particella Z ( Nobel a Rubbia ) Z ® e+e- nell’esperimento UA1 al CERN Prova sperimentale dell’unificazione delle interazioni elettromagnetica e debole In alto una tipica immagine di tracce di particelle cariche raccolta in una Camera a Bolle. Questa tecnica di rivelazione, tra le piu` antiche, non consente di fotografare eventi fisici uno per uno. Ogni singolo evento e` rappresentato nell’immagine da un vertice da cui partono traiettorie a spirale che corrispondono alle traiettorie effettive delle particelle prodotte nell’interazione. Le tracce sono curve a causa del campo magnetico in cui e` immerso il rivelatore che deflette le traiettorie di particelle cariche tanto piu` quanto minore e` il loro impulso. L’immagine in basso rappresenta una sorta di fotografia elettronica delle particelle cariche (rappresentate dalle tracce) e neutre (rappresentate dai rettangoli) generate in un singolo evento prodotto dall’urto di un protone e un antiprotone avvenuto al centro dell’apparato sperimentale. Le tracce in bianco rappresentano le traiettorie di un elettrone e un antielettrone. Dalla misura dei loro impulsi si riesce a stabilire che essi provengono dal decadimento di una particella Z prodotta nell’interazione dei fasci.

12 GRID un sistema di calcolo distribuito
Tecnologia di frontiera nella prossima generazione di esperimenti al CERN Large Hadron Collider ?? 4 esperimenti / 1000 fisici per esperimento Il più grande complesso di magneti superconduttori Per mantenere su traiettorie circolari protoni dell’energia di 7 TeV Fisici leccesi partecipano all’esperimento ATLAS e al progetto GRID La fotografia mostra una vista aerea della regione situata tra il massiccio del Giura, al confine tra Francia e Svizzera, e il lago di Ginevra. La circonferenza rossa sovrapposta alla fotografia indica la posizione di un tunnel sotterraneo (che si trova alla profondita` media rispetto al suolo di 100 m) della circonferenza di 27 Km che ha ospitato fino alla fine del 2000 il collider LEP (Large Electron Positron Collider). Al momento gli impianti di LHC (Large Hadron Collider) stanno prendendo il posto di LEP. A LHC si produrranno urti frontali di protoni contro protoni, ad energie estremamente alte (le piu` alte finora raggiunte). 7 TeV e` l’energia che acquisterebbe un protone accelerato da una differenza di potenziale di 7 miliardi di kV. Differenze di potenziale cosi` elevate non sono in realta` realizzabili e l’accelerazione dei protoni di LHC richiede tecniche molto complesse. Gli esperimenti che osservaranno questo tipo di eventi a LHC sono ATLAS e CMS. Gli obiettivi scientifici di ATLAS e CMS sono molteplici; alcuni tra i piu` importanti sono: -la scoperta di una nuova particella, il bosone di Higgs, prevista dal Modello Standard ma non ancora osservata; -la scoperta delle particelle supersimmetriche, compagne delle particelle note. A LHC avranno luogo anche due altri esperimenti, LHCb e ALICE, che hanno campi di indagine fisica differenti e utilizzeranno tecniche sperimentali diverse. Per curvare le traiettorie dei protoni che viaggiano lungo il tunnel di LHC occorre applicare un campo magnetico estremamente intenso e stabile. Da qui la necessita` di un grande complesso di magneti superconduttori distribuiti lungo l’anello di LHC. La quantita` e la frequenza delle interazioni che saranno prodotte a LHC sono superiori a quelle di ogni altro esperimento dello stesso genere mai condotto (probabilmente di ogni altro processo che si sia mai voluto registrare). Percio` la mole di eventi fisici che scaturira` da LHC richiedera` un enorme capacita` di accumulo ed analisi di dati. ATLAS, per esempio, registrera` dati a una frequenza tale da riempire un CD-rom ogni 7 secondi. GRID nasce dall’idea di condividere risorse di calcolo sparse nei vari centri di ricerca coinvolti negli esperimenti a LHC, per distribuire i dati e ridurre il tempo di analisi complessivo. Per far fronte alla complessità e alla mole dei dati degli esperimenti a LHC GRID un sistema di calcolo distribuito Computers al CERN, in Europa, in USA, dai grandi Lab. di ricerca fino alle piccole università, condivideranno i dati, il software, le risorse per l’analisi dei dati

13 La frontiera dell’astrofisica ...
Per la prima volta in orbita nel 1990 Il telescopio Hubble 6 Agosto 2001 Hubble deep field L’immagine più distante nello spazio-tempo dell’Universo L’Universo a meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang Il telescopio Hubble e` il piu` grande telescopio ottico che abbia mai orbitato attorno alla terra. Il vantaggio di un telescopio nello spazio deriva dal fatto che esso puo` osservare la luce proveniente da stelle e galassie senza il filtro dell’atmosfera terrestre. L’atmosfera attenua l’intensita` di un ampio intervallo dello spettro elettromagnetico, per cui solo radiazione elettromagnetica (e cioe` luce) di determinata lunghezza d’onda puo` essere osservata sulla terra. Inoltre, l’atmosfera provoca effetti di distorsione come lo spostamento verso il blu della lunghezza d’onda apparente di una qualunquue radiazione elettromagnetica osservata da terra. Hubble ha uno specchio 15 volte piu` piccolo di quello del telescopio piu` grande esistente sul suolo terrestre e, tuttavia, la sua risoluzione, cioe` la capacita` di distinguere immagini separate, e` 100 volte piu` fine. Le immagini delle stelle piu` lontane nel Hubble deep field rappresentano una fotografia di una regione dell’universo estremamente distante da noi presa in tempi remotissimi rispetto al preesnte. Il fatto che immagini di oggetti lontani nello spazio siano anche lontane nel tempo deriva dalla velocita` finita della luce, Km/s. Ad esempio, la luce del sole impiega 8 minuti a raggiungere la terra; percio` ogni volta che osserviamo il sole ne abbiamo un’immagine vecchia di 8 minuti.

14 ...e la frontiera della Cosmologia
Relatività Generale L’evoluzione dello spazio-tempo dipende dalla materia e dall’ energia L’universo si espande sempre più lentamente (Una certezza fino a pochi anni fa) Un’altra forma di energia (del vuoto) fa sì che la velocità di espansione dell’universo aumenti Boomerang: studia le disuniformità della Radiazione Cosmica di Fondo OGGI Il fossile del Big Bang Supernova Cosmology: velocità e distanza delle Supernovae di tipo I A Project I grossi progressi sperimentali nell’astrofisica stanno via via rendendo le teorie cosmologiche verificabili ! Un esempio emblematico e` la negazione recente di un consolidato pregiudizio cosmologico. Nella teoria del Big-Bang, l’esplosione iniziale libera una grande quantita` di energia che determina l’evoluzione dell’universo, provocandone l’espansione. Tuttavia l’attrazione gravitazionale delle masse distribuite nell’universo si oppone all’espansione con una forza che tende a far ricollassare l’universo. Gia` dagli anni 20 del secolo scorso e` noto sperimetalmente che l’universo si sta espandendo, ma e` ragionevole supporre che la velocita` di espansione diminuisca al passare del tempo a causa del freno gravitazionale. Questo presupposto e` stato recentemente messo in discussione da due evidenze sperimentali: La prima proviene da Boomerang, un telescopio sensibile alle micro-onde, che ha osservato le piccole disuniformita` nella temperatura (cioe` nella lunghezza d’onda) della Radiazione Cosmica di Fondo (*). Queste misure estremamente precise consentono di dedurre che la velocita` di espansione dell’universo sia in aumento. Tuttavia, l’interpretazione dei dati di Boomerang non e` ancora conclusiva e nuove misure, in grado di chiarire la Situazione, sono attese dai prossimi esperimenti su satellite. La seconda indicazione proviene dall’osservazione di alcune supernovae (stelle nello stato finale della loro evoluzione) le cui velocita`, messe in relazione alla loro distanza dalla terra, confermano il fatto che l’espansione dell’universo sia accelerata. Queste nuove evidenze sperimentali fanno si` che si debba introdurre nella teoria che descrive l’evoluzione dell’universo, nell’ambito della relativita` generale, una nuova forma di energia (chiamata energia del vuoto) che e` responsabile della espansione accelerata dell’universo. (*) La Radiazione Cosmica di Fondo e` un campo di radiazione elettromagnetica, di lunghezza d’onda nell’intervallo delle micro-onde, che permea uniformemente e isotropicamente l’universo osservato. Essa rappresenta il rumore elettromagnetico del Big-Bang propagato fino a oggi. Nell’espansione dell’universo questa radiazione ha perso energia, cioe` si e` raffreddata al pari di tutto l’universo. L’energia di un’onda elettromagnetica e` inversamente proporzionale alla sua lunghezza d’onda; quindi la lunghezza d’onda della Radiazione fossile del Big-Bang ci dice la temperatura media dell’universo oggi: 2.7 gradi Kelvin. L’universo è in espansione accelerata

15 La ricerca della materia oscura nell’Universo
Non è osservata, ma esistono evidenze indirette della sua esistenza NON EMETTE LUCE E’ fondamentale nel bilancio di massa (visibile e non) m e energia del vuoto  dati La massa visibile è solo il 10% della massa totale Velocità delle stelle nelle galassie a spirale in funzione della distanza dal centro della galassia Nell’universo esiste materia che non emette luce. L’evidenza piu` diretta di questo fatto proviene dalla misura della velocita` di rotazione delle galassie. I valori misurati della velocita` delle stelle rispetto al centro della galassia non coincidono con quelli che ci si aspetterebbe applicando le leggi della meccanica e assumendo che la massa della galassia sia esclusivamente quella visibile (la massa delle stelle puo` essere dedotta dalla misura della loro luminosita`). I dati si collocano su una curva che rapprenta la predizione per la velocita` di rotazione della galassia nel caso che una certa quantita` di materia non visibile appartenga alla galassia e ne determini la dinamica assieme alle stelle. Come si misura la velocita` di una stella ? Dalla misura del “red shift”. Nell’analisi spettrale della luce delle stelle e` possibile individuare le righe di assorbimento degli elementi leggeri, ben note dalla fisica atomica. Questi spettri discreti appaiono traslati nella scala delle lunghezze d’onda rispetto a spettri analoghi prodotti sulla terra. Cio` e` dovuto all’effetto doppler. Effetto Doppler: La lunghezza d’onda della radiazione elettromagnetica (quindi della luce) dipende dalla velocita` della sorgente rispetto all’osservatore. Dalla distorsione degli spettri di emissione di origine stellare rispetto agli spettri effettivi e` possibile misurare la velocita` relativa della stella rispetto all’osservatore. Fisici leccesi partecipano a SLOTT-AGAPE, un esperimento per la ricerca di materia oscura

16 La gravità curva il percorso della luce
Oggetti di grande massa nello spazio agiscono come lenti gravitazionali Picco nell’intensità luminosa di una stella nel periodo in cui un oggetto non visibile (materia oscura) passa tra la Terra e la stella Collaborazione SLOTT-AGAPE Italia Francia Svizzera La collaborazione Slott-Agape cerca di rivelare materia oscura sfruttando l’effetto di “gravitational microlensing”. L’effetto consiste nell’intensificarsi temporaneo della luminosita` apparente di una stella per effetto del passaggio di un oggetto di grande massa (magari non osservabile, cioe` fatto di materia oscura) tra osservatore (la terra) e stella osservata. L’oggetto non visibile, per un effetto gravitazionale, devia il percorso della luce emessa dalla stella e, in sostanza, funge da lente gravitazionale. Dall’aumento dell’intensita` luminosa della stella osservata e` possibile stimare la massa della lente gravitazionale. L’osservatorio di Toppo di Castelgrande Il secondo telescopio sul suolo Italiano Inaugurato ad Ottobre Potenza

17 L’esplorazione di Marte
Foto della superficie di Marte mostrano segni di un’antica presenza di acqua liquida. Segno di condizioni favorevoli allo sviluppo della vita ? Recente scoperta di una struttura attribuita ad un batterio fossile all’interno di una meteorite di origine marziana L’immagine in alto e` una fotografia della superficie di Marte, che presenta strutture simili a corsi d’acqua. Il gruppo di Astrofisica all’Universita` di Lecce cerca di stabilire se sulla superficie di Marte siano attualmente rivelabili dei carbonati, che si formano lentamente in presenza di acqua liquida. Se fossero trovati questo indicherebbe che le condizioni adatte per la vita sono durate abbastanza a lungo per permettere lo sviluppo di batteri come quello nell’immagine a destra, che si trova dentro un granulo di carbonato. Fisici leccesi partecipano alle indagini sull’esistenza di condizioni adatte alla vita sul pianeta Marte

18 Le frontiere della conoscenza dell’infinitamente piccolo … I Neutrini
Ipotizzato per conservare il momento nel decadimento del neutrone Puntiforme, Neutro, senza massa Esistono tre tipi di neutrini: I neutrini sono prodotti: nel Sole nell’atmosfera in laboratorio e   La figura in basso a sinistra proviene dagli esperimenti condotti a LEP, dove circa 6 milioni di particelle Z sono state prodotte (nell’urto di un elettrone e un antielettrone) e osservate, non direttamente ma attraverso i loro prodotti di decadimanti. Circa il 70% delle particelle Z prodotte sono decadute, in accordo con le predizioni del Modello Standard, in una coppia quark-antiquark. La grandezza mostrata in figura rappresenta il numero di eventi quark-antiquark al variare dell’energia disponibile nell’urto elettrone-antielettrone. Essa dipende dal numero di neutrini esistenti, perche’ la Z puo` anche decadere in coppie neutrino-antineutrino. La predizione della teoria corrispondente a 3 famiglie di neutrini (curva blu) e` verificata con eccezionale precisione dalle misure sperimentali (punti neri sovrapposti). Perche’ a LEP non si e` piuttosto misurato direttamente quante volte la Z e` decaduta in neutrini ? Perche’ la probabilita` che un neutrino interagisca con la materia ordinaria (di cui sono fatti gli apparati sperimentali a LEP) e quindi manifesti la sua presenza in modo visibile e` estremamente bassa. Gli esperimenti a LEP erano ciechi agli eventi in cui la Z decadeva in neutrini.

19 I neutrini prodotti nei laboratori
Fascio di  prodotti al CERN e inviato a LNGS Un nuovo progetto Tutti gli esperimenti condotti finora che hanno studiato le oscillazioni dei neutrini hanno osservato la scomparsa di un certo tipo di neutrino, cioe` avevano apparati sensibili sono a una tipologia di neutrino e hanno misurato un flusso di queste particelle inferiore a quello atteso. L’esperimento Opera, in fase di progetto e realizzazione, consiste di rivelatori in grado di osservare eventi prodotti da neutrini-tau. Un fascio di neutrini, prodotto CERN (Ginevra) e che attraversa 730 Km sotto il suolo fino a raggiungere l’esperimento Opera ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, consiste esclusivamente di neutrini-muone. Pertanto, Opera andra` alla ricerca della comparsa di neutrini-tau in un fascio di neutrini-muone; cioe` se eventi dovuti a neutrini-tau saranno osservati, questo significhera` che qualche neutrino-muone del fascio ha oscillato in neutrino-tau. OPERA in attesa della comparsa di 

20 SuperKamiokande, Giappone 1998 I neutrini cambiano natura nel tempo
Deficit di  dall’atmosfera Fisici leccesi partecipano all’ Esperimento MACRO (Lab. Gran Sasso) che conferma le oscillazioni di  atmosferici I neutrini cambiano natura nel tempo e diventa  o  I neutrini hanno massa SNO, USA Giugno 2001 Deficit di e dal sole ma flusso totale = flusso atteso

21 La frontiera della fisica applicata...
NANOTECNOLOGIE: costruire dal basso verso l’alto La sfida oggi: Costruire strutture delle dimensioni di 1/ m a partire da atomi o molecole A Lecce, presso l’unità INFM, il National Nanotechnology Laboratory La miniaturizzazione e’ tema dominante in tutti i campi dello sviluppo tecnologico, in particolare nell’ambito dell’elettronica. La sfida scientifica e tecnologica oggi e’ volta a produrre componenti a scala molecolare con dimensioni dell’ordine dei nanometri. I singoli componenti dei microprocessori di ultima generazione hanno dimensioni di circa 200 nm e, nonostante il rapido progresso, le tradizionali tecniche litografiche raggiungeranno ben presto limiti fisici invalicabili. La necessita’ di superare tali limiti impone un cambiamento di pensiero nella comunita` scientifica e di approccio al problema. Da qui il tentativo di imitare la natura pertendo dal basso e costruendo gli oggetti atomo per atomo o molecola per molecola. I circuiti non saranno piu` incisi su wafer di silicio, ma realizzati collegando singole molecole che funzioneranno come veri e propri componenti elettronici (nanotecnologie). Il carbonio nelle sue varie forme e’ un elemento altamente promettente per le possibili implicazioni nanotecnologiche. Fino a vent’anni fa si pensava che il carbonio esistesse solo in tre forme carbone grafite diamante Oggi la realtà dei NANOTUBI

22 cupole geodetiche dell’architetto Richard Buckminster Fuller
1985 H. Kroto, R. Smalley e R. Curl hanno scoperto che gli atomi di carbonio si possono unire anche in un reticolo regolare a forma di pallone di calcio: il FULLERENE La scoperta della molecola C60 e di tutte le sue numerose varianti, ha destato molto interesse nella comunità scientifica, soprattutto per via della sua grande stabilità, simmetria, e della sua capacità di organizzarsi in superstrutture. Questi super-cristalli molecolari, dove al posto di ogni atomo c'è un'intera molecola C60, sono debolmente interagenti fra loro, proprio come i piani nei cristalli di grafite, e questo modifica le loro proprietà elettriche complessive, rendendoli superconduttori ad una temperatura fra i 30 e i 40 kelvin. cupole geodetiche dell’architetto Richard Buckminster Fuller

23 Densità: da 1,3 a 1,4 g/cm3 (densità dell’alluminio 2,7 g/cm3)
Il giapponese Sumio Iijima ha ottenuto per la prima volta i NANOTUBI: fogli di grafite arrotolati su se stessi, con gli atomi collocati in una struttura a nido d'ape. 1991 All'interesse per il fullerene è subentrato in questi ultimi anni quello per i nanotubi, minuscoli tubi di carbonio la cui circonferenza si misura in pochi atomi, qualche nanometro, e la cui lunghezza può arrivare a decine di migliaia di atomi e oltre. I nanotubi si possono immaginare come fogli di grafite spessi un singolo atomo, chiusi cilindricamente su se stessi e terminati da semisfere simili alla molecola C60. I nanotubi hanno proprieta’ straordinarie: sono più robusti dell'acciaio, chimicamente inerti e resistono ad altissime temperature. Possono comportarsi come conduttori o come semiconduttori in funzione del loro grado di torsione, del loro diametro e della loro perfezione. Inoltre le aree superficiali interna ed esterna sono rispettivamente dell’ordine di 300 e 400 m2/g; questo rende i nanotobi estremamente efficienti nell’adsorbimento di gas. Diametro: da 0,6 a 1,8 nm Densità: da 1,3 a 1,4 g/cm3 (densità dell’alluminio 2,7 g/cm3) Stabilità: fino a 2800°C nel vuoto (i microchip fondono fra i 600 e i 1000°C ).

24 Calore: trasmettono 6000 W/mK (il diamante puro trasmette 3320 W/mK)
Resistenza: 45 miliardi di pascal (la miglior lega di acciaio si frattura a 2 miliardi di pascal). Calore: trasmettono 6000 W/mK (il diamante puro trasmette 3320 W/mK) Caratteristiche di Conduttori o Semiconduttori a seconda dell’organizzazione del reticolo Costi: 1500 dollari al grammo alla BuckyUSA di Houston (l'oro costa circa 10 dollari al grammo).

25 energia senza inquinamento
ALCUNE APPLICAZIONI DEI NANOTUBI        Rivelatori di gas: per determinare la presenza di gas inquinanti disciolti in liquidi organici e inorganici.      Circuiti nanoelettrici: Nanotubi come cavi elettrici in computer sempre più piccoli e potenti I mattoni dei computers di prossima generazione: Un gruppo olandese ha combinato nanotubi conduttori e semiconduttori. Risultato: un nanodiodo. 1999 nasce il primo nanotransistor I nanotubi sulla via della realizzazione del sogno dell’uomo nell’era delle tecnologie avanzate       Spugna per idrogeno: nanotubi nei serbatoi delle auto del futuro, per immagazzinare idrogeno, il combustibile perfetto. Rivelatori di gas: I nanotubi possono essere impiegati per determinare la presenza di gas inquinanti, come ammoniaca  e biossido di azoto disciolti in liquidi organici e inorganici. Entrambi i gas sono coinvolti sia nelle piogge acide sia nell'effetto serra e dovrebbero essere tenuti sotto osservazione, ma le attuali tecniche di misura sono costose e complicate. Circuiti nanoelettrici: Ci sarebbe poi un impiego quasi ovvio: usarli come cavi elettrici, in computer sempre più piccoli e potenti. I nanotubi in cui gli esagoni sono allineati nella direzione della lunghezza conducono molto bene l'elettricità. Ma esistono nanotubi in cui gli esagoni si dispongono di traverso, avvolgendosi a spirale e si comportano come semiconduttori. Spugna per idrogeno: L'idrogeno, che brucia senza inquinare, sarebbe un combustibile perfetto, ma difficilissimo da immagazzinare.  Si è pensato di comprimerlo ad alta pressione o di inserirlo nella struttura chimica di materiali combustibili come metanolo petrolio purificato, ma entrambe le possibilità sono costose e anche un po' pericolose. Come alternativa si puo` pensare di ingabbiarlo nei nanotubi, che diventeranno cosi` i serbatoi delle auto del futuro. energia senza inquinamento

26 Osservatorio di Fisica e Chimica della Terra e dell’Ambiente
La fisica nella vita di tutti i giorni Geofisica e Fisica dell’Ambiente Osservatorio di Fisica e Chimica della Terra e dell’Ambiente Dip. di Scienza dei Materiali CNR e altre università ed enti di ricerca LECCE Convenzioni Provincia Lecce: rischio idrogeologico Regione Puglia: Qualità dell’aria e Tossicologia del suolo Comune di Lecce: modellazione del sottosuolo Piazza Tito Schipa Settori di Ricerca Indagini geofisiche del sottosuolo Fisica dell’atmosfera Climatologia Chimica dell’ambiente applicazioni

27 Indagini geofisiche del sottosuolo
Un’ applicazione nel settore Archeologico Piazza Tito Schipa (Lecce) La tecnica GPR consiste nell’inviare nel sottosuolo radiazione elettromagnetica di frequenza ben definita e misurare il tempo impiegato dalla radiazione a ritornare sulla terra (dove e` rivelata dal radar) dopo essere stata riflessa in corrispondenza di bruschi cambiamenti nelle caratteristiche del materiale attraversato (per esempio dal materiale calcareo da costruzione allo spazio vuoto sotto la volta a botte ). Il tempo misurato consente di conoscere la profondita` nel sottosuolo a cui si manifesta un cambiamento strutturale. Localizzazione con il metodo GPR (Ground Penetrating Radar) di una volta a botte portata alla luce da scavi archeologici successivi

28 Indagini geofisiche del sottosuolo
2001 parte una campagna di rilevamenti geofisici nel sito archeologico Hierapolis (Turchia) Tomografia elettrica 2D del sottosuolo (nei pressi di Salice Salentino) caratterizzazione di una cavità carsica In basso: la tomografia elettrica misura variazioni della costante dielettrica del mezzo in esame. Variazioni della costante dielettrica indicano variazioni nei materiali e nella struttura. La figura mostra una pseudosezione di resistivita` del sottosuolo. La zona conduttiva (colore azzurro) indica la presenza di una falda; la zona resistiva (viola) indica la presenza di una cavita` carsica.

29 Fisica dell’atmosfera
Studio dei fenomeni atmosferici per studi di tipo fisico di impatto ambientale Simulazione della dispersione di inquinanti in atmosfera nella Regione Puglia Studio dei fenomeni atmosferici per analisi e previsione del tempo e del clima L’università di Lecce insieme al CNR - ISIATA è coinvolta nel progetto “Centro Sperimentale di NOWCASTING” per un Centro per la previsione meteorologica a breve brevissimo termine su scala regionale Simulazione dei campi di vento mediante modelli meteorologici

30 Il metodo di lavoro del fisico

31 dall’esperimento alla teoria
Simmetria Unificazione Osservazione quantitativa di fenomeni Formalizzazione di un modello che spiega i fenomeni osservati Verifica delle predizioni della teoria Conferma della Teoria Teoria negata Predizione di nuovi fenomeni osservabili Oltre alle osservazioni sperimentali, alcuni criteri formali (si potrebbe dire di natura estetica) guidano la formulazione di una teoria. Tra questi un ruolo fondamentale hanno la richiesta di simmetria e la tendenza all’unificazione. Un processo circolare

32 Un’evidenza sperimentale …molte teorie
Teoria 1 Predizione: Il protone decade vita media  = 1030 anni Gli esperimenti sulla vita media del protone dimostrano  > 1034 anni ? Nuovi esperimenti alla ricerca dei partners supersimmetrici Teoria 2 Osserva: le tre curve non si incontrano esattamente ma in un mondo “supersimmetrico” lo farebbero Predizione: per ogni particella esiste un partner supersimmetrico di proprieta` simili

33 Come si ottengono nuovi risultati in Fisica ?
Generalmente essi sono il frutto degli sforzi di un numeroso gruppo di lavoro Le “COLLABORAZIONI” raccolgono le competenze e le attitudini di molti fisici su attività e tematiche estremamente varie inventato al CERN da Tim Berners-Lee e Robert Cailliau nasce dall’esigenza dei fisici di organizzare gli sforzi e comunicare i risultati su scala planetaria WWW World Wide Web Il sistema di informazione globale basato su INTERNET

34 Gli altri sono persone comuni con qualità comuni
Chi sono i Fisici oggi ? Geni come Einstein ? Gli altri sono persone comuni con qualità comuni , forse … 1/1000 fisici Alcuni sono bravi fisici perché sono sistematici altri perché sono creativi “ perché amano lavorare in laboratorio “ perché sono bravi softwaristi “ perché riescono a organizzare bene il lavoro di un team Il fisico è qualcuno che usa le sue attitudini in un mestiere che produce conoscenza fondamentale piuttosto che beni di consumo, servizi, informazione, salute, arte, ecc … … …

35 Conoscenza Fondamentale e Progresso Culturale
La Fisica ha modificato nei secoli la nostra concezione della realtà secoli XVI, XVII e XVIII Copernico, Galileo, Cartesio e Newton l’eliocentrismo copernicano e il metodo scientifico moderno si impongono sull’antropocentrismo tolemaico e sulle credenze aristoteliche inizi del XX secolo, Planck, Heisenberg e Bohr dalla meccanica newtoniana del continuo e del certo alla meccanica quantistica del discreto e del probabile inizi del XX secolo, Einstein e la Relatività il tempo, quarta dimensione dello spazio la massa, una forma di energia ( E = mc2 )

36 Italiani nella Storia della Fisica
GALILEO Fondatore del Metodo Scientifico Moderno Contributi fondamentali alla meccanica e all’astronomia Il metodo scientifico Guglielmo Marconi Premio Nobel per la Fisica nel 1909 per lo sviluppo della telegrafia senza fili

37 Italiani nella Fisica Moderna
Enrico Fermi Nobel 1938 Radioattività Artificiale indotta da Neutroni Emilio Segrè Nobel 1959 Scoperta dell’antiprotone Carlo Rubbia Nobel 1984 Scoperta delle particelle W e Z mediatrici delle Interazioni Deboli Riccardo Giacconi Nobel 2002 Contributo alla scoperta delle sorgenti cosmiche a raggi X

38 Laurearsi in Fisica a Lecce
La facoltà di Scienze nasce nel 1967

39 CORSO DI LAUREA IN FISICA LECCE
NEW Triennale dall’anno accademico Orientamenti Tecnologico fisica computazionale tecnologie fisiche per l’ambiente tecnologie fisiche per la sanità tecnologie fisiche per l’industria Generale Fisica e Astrofisica Fisica per l’Ambiente e il Territorio Fisica della Materia + 2 anni di Laurea Specialistica

40 Che cosa caratterizza la formazione
del fisico ? FAQ Il fisico ha una formazione versatile, orientata all’analisi quantitativa di situazioni complesse Molti argomenti sono comuni ad altri corsi di studio (matematica, chimica, ingegneria,…) Acquisire i concetti in fisica richiede intuizione ma i concetti ben assimilati semplificano lo studio successivo E` difficile studiare Fisica?

41 Studiare fisica a Lecce
Il rapporto numerico ottimale studenti/docenti migliora la qualità dello studio Continuo contatto con i docenti Verifica in itinere dei progressi nello studio Attività di tutorato e sostegno Attività seminariali di approfondimento e orientamento

42 Le novita` introdotte dalla riforma universitaria
CREDITO FORMATIVO: la misura del lavoro, comprensivo di lezioni, lavoro sperimentale , seminari, elaborati, tirocini, stages, studio individuale tesi, esami ed altre attività di valutazione ad un credito corrispondono 25 ore di lavoro per studente ad un anno di studio corrispondono 1500 ore = 60 crediti

43 i crediti misurano il raggiungimento del traguardo formativo
ad ogni insegnamento è assegnato un determinato numero di crediti "riscossi" dallo studente dopo il superamento di una prova di esame i crediti misurano il raggiungimento del traguardo formativo in 30esimi per i singoli esami i voti misurano il profitto in 110mi per la prova finale La Laurea si consegue con 180 crediti La Laurea Specialistica con 300 (globali) I Master, che durano un anno, valgono altri 60 crediti

44 ORIENTAMENTO GENERALE
I ANNO I semestre Analisi I Fisica I Laboratorio I Geometria H 60 24 CFU 8 6 II semestre Analisi II Fisica II Laboratorio II Informatica Lingua Base H 60 24 36 CFU 8 6 5 3 Totale Totale

45 ORIENTAMENTO GENERALE
II ANNO I semestre Analisi III Fisica III Laboratorio III Chimica H 60 24 48 CFU 8 6 II semestre Met.Mat.Fis. Fisica IV Laboratorio IV Elem.Mecc.Anal. Intr.Fis.Mod Lab.Calcolo St.Sci.Tecn. H 60 24 42 CFU 8 6 5 3 Totale Totale

46 ORIENTAMENTO GENERALE
III ANNO I semestre Ist.Mecc.Quant. Elem.Mecc.Stat. Laboratorio V Corso a scelta I Corso a scelta II Corso a scelta III H 72 24 CFU 10 3 5 II semestre Ist.Fis.Materia Ist.Fis.Nucl.Sub. Corso di indirizzo Altre attività Prova finale H 60 50 24 CFU 8 7 3 9 6 Totale Totale

47 La ricerca in Fisica a Lecce

48 LINEE DI RICERCA A LECCE
INFM ASI CNR Consorzio Einstein ENEA Astrofisica e Fisica Astroparticellare Fisica delle Particelle con Acceleratori Fisica dei Fenomeni non Lineari e dei Solitoni Fisica delle Radiazioni Elettronica Quantistica Fisica Teorica Nucleare e Subnucleare e Teoria dei Campi Fondamenti di Meccanica Quantistica Storia della Fisica Fisica dello Stato Solido Geofisica Fisica dell’Ambiente Meccanica discreta, Meccanica statistica, Caos

49 Il mondo della ricerca è internazionale
Le collaborazioni dei gruppi di ricerca leccesi: esempi … Montpellier II Fisica dei Fenomeni non Lineari Steklov Inst. Moskow, CRM UdM Colorado University Univ. of Bucharest Fisica delle Radiazioni Academy of Sciences, Bratislava Univ. of Heraklion, Crete Esperimento ATLAS – CERN, Ginevra Esperimento MACRO - LNGS Esperimento KLOE - Frascati Fisica Sperimentale delle Particelle Esperimento ARGO - Tibet

50 Il fisico e il mondo del lavoro

51 COMPETENZE DI UN FISICO spendibili nel mondo del lavoro
IL FISICO NEL MONDO DEL LAVORO COMPETENZE DI UN FISICO spendibili nel mondo del lavoro Conoscenza ed utilizzo delle tecniche e degli strumenti per la misura di grandezze fisiche (elettriche, elettroniche, meccaniche, ottiche, nucleari,…) Metodi di acquisizione ed elaborazione statistica dei dati Conoscenza di base dell’elettronica (analogica e digitale) Utilizzo di tecniche e sistemi computazionali (varieta` di linguaggi di programmazione e ambienti software di lavoro) Tecniche di simulazione di processi fisici

52 IL FISICO NEL MONDO DEL LAVORO
RICERCA INDUSTRIA università enti di ricerca ricerca applicata sviluppo di tecnologie management SANITA’ tecnologie diagnostiche radioterapia AMBIENTE enti pubblici A.R.P.A. e A.N.P.A. FORMAZIONE altro … insegnamento divulgazione e giornalismo scientifico sicurezza (polizia …) finanza (banche …)

53 da statistiche sui laureati in Fisica in Italia negli anni 1993-1996
45 % informatico 35 % elettronico 15 % meccanico altro (chimico,…) 30 % industria 10 % scuola 25 % ricerca e università altro (enti locali, commercio, …) 10 % all’estero Il 70 % trova un impiego legato al corso di studi Il 30 % spende la versatilità del fisico in altri settori

54 Indagine telefonica sulla condizione occupazionale dei laureati in fisica a Lecce negli anni 1998 e 1999 Campione contattato : 50 laureati Indagine effettuata nel dicembre 2001

55 Condizione occupazionale

56 mesi trascorsi senza occupazione

57 Settori occupazionali

58 Sede lavorativa

59 Alcuni fisici Leccesi

60 Un fisico leccese nella ricerca: Daniele Martello
Nato a Gallipoli nel 1965 1984 Maturità scientifica 58/60 1990 Laurea in Fisica 110 e lode Dottorato in Fisica (Bari) esperimento MACRO Post-Doc presso il Bartol Research Institute (USA) Dal 1996 ricercatore all’Università di Lecce Missione al Polo Sud (esperimento Amanda e Space) Anno sabatico a Karlsrhue (Germania) Collaborazione esperimento ARGO in Tibet

61 Un fisico leccese nell’industria:
Andrea Della Patria Nato a Lecce nel 1973 1991 Maturità scientifica 46/60 Aprile 2000 Laurea in Fisica 101/110 Dal luglio 2000 “Process-engineer” presso la sede di Catania della STMicroelectronics

62 Un fisico leccese nella pubblica amministrazione:
Francesca Tondi Nata a Galatina nel 1975 1993 Maturità scientifica 60/60 (Liceo De Giorgi) 28/04/1998 Laurea in Fisica 110 e lode 16/06/1998 assunta presso Italdata s.p.a., Milano (analista programmatore) dal 10/04/2000 al Ministero dell’Interno (analista di sistema e responsabile di un team di sistemisti) Nell’a.a master in Economia Pubblica (organizzato da Università di Roma “La Sapienza” e INPDAP)