ITALIANO

I principali argomenti trattati riguardano i fenomeni che hanno determinato la crisi della fisica classica, gli elementi essenziali della fisica quantistica, della fisica atomica e nucleare, l'analisi dei dati e delle incertezze di misure applicati ad attività di laboratorio di fisica moderna.

Filatrella G., Romano P., Elaborazione statistica dei dati sperimentali con elementi di laboratorio, EdiSES

Jewett e Serway, Principi di Fisica, Vol II, Quarta Edizione, EdiSES.

Acquisire una conoscenza basilare della teoria della crisi della fisica classica e della nascita e dei principi della fisica quantistica nonché approfondire la conoscenza sull’analisi dei dati sperimentali ottenuti da sistemi più complessi che applicano i principi di fisica moderna.
Con questo corso lo studente viene introdotto all’apprendimento dei metodi ed apparati sperimentali più moderni e complessi di quelli utilizzati nei laboratori della Fisica generale, all’approfondimento della conoscenza sull’analisi dei dati sperimentali, ed alla applicazione sperimentale di principi di fisica moderna.
Lo studente, acquisendo una più completa visione della fisica e delle sue applicazioni, potrà comunicare, ed eventualmente insegnare la disciplina, con un più ampio inquadramento generale.

Fisica generale 1 e Fisica generale 2 che sono previsti obbligatori nel corso di laurea triennale in Matematica.

Lezioni frontali con alcune esercitazioni numeriche. Attività di laboratorio su diversi argomenti trattati nel corso che hanno sia lo scopo di sperimentare che di migliorare le capacità nell'analisi dei dati e nel trattamento delle incertezze di misura.

La modalità di verifica sarà basata sulle relazioni relative alle attività di laboratorio svolte durante il corso, su un test a risposta chiusa eseguito a fine corso e su un colloquio orale di verifica dell’acquisizione dei contenuti del corso. La valutazione di ogni prova sarà espressa con voti in trentesimi ed il voto finale sarà ottenuto dalla media pesata dei voti nelle tre prove; il peso sarà 0.30 per le relazioni, 0.30 per il test e 0,40 per il colloquio.
Il test consta di 30 domande. Durante il test è consentito l’uso della calcolatrice, ma non è possibile consultare testi e/o materiali didattici. Non è prevista una votazione minima del test e delle relazioni per accedere alla prova orale.
La prova orale consiste nella trattazione e discussione di argomenti del programma svolto a lezione ed ha una durata di circa 30 minuti. Oltre a verificare il livello di conoscenza raggiunto dallo studente, la prova orale mira ad accertare la comprensione degli argomenti e la capacità di saperli descrivere.

Appunti e diapositive del docente sono disponibili per molti argomenti.

1.Analisi statistica dei dati sperimentali. Misure e incertezze. Distribuzione dei dati e rappresentazione con errori. Fit dei dati. Stima dei parametri di una distribuzione. Test delle ipotesi statistiche.
2. Introduzione alla fisica quantistica. Radiazioni del corpo nero e la teoria di Planck. Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Fotoni e onde elettromagnetiche. Proprietà delle onde delle particelle. La particella quantistica. Il principio di indeterminazione. La particella quantistica soggetta a condizioni al contorno. L'equazione di Schrodinger. Effetto tunnel.
3. Fisica atomica. Il primo modello strutturale dell'atomo. L'atomo di idrogeno e le funzioni d'onda. L'interpretazione fisica dei numeri quantici. Il principio di esclusione e la tavola periodica. Spettri atomici. Radiazioni visibili e raggi X
4. Fisica nucleare. Proprietà dei nuclei. Energia di legame. Stabilità nucleare. Radioattività. I processi di decadimento radioattivo (alfa, beta). Emissioni gamma. Datazione con il carbonio. Reazioni nucleari. Forze fondamentali nella natura. Introduzione alla fisica delle particelle.
5. L'utilizzo di diodi semiconduttori come rivelatore di radiazioni. Fotodiodi. Cella fotovoltaica.
6. Radiazione ionizzante e non ionizzante e caratteristiche generali dei sistemi di rilevazione. Decadimento radioattivo. Interazione di raggi gamma e particelle alfa con materia. Sezione d’urto. Potere d’arresto. Attività, attività specifica e dose da radiazioni. Rivelatori a film, scintillazione, ionizzazione del gas, semiconduttore. Efficienza intrinseca e geometrica di un rivelatore. Sistemi e metodi di spettrometria gamma e di spettrometria alfa.
7. Radon: origine, effetti sulla salute, uso in geofisica e la sua misurazione con vari metodi. Rivelatori che utilizzano il campo elettrostatico e il rilevatore alfa al silicio, i carboni attivi, le tracce nucleari, gli elettreti.

Attività di laboratorio

1. Caratterizzazione di una cella fotovoltaica e di un diodo.
2. Determinazione elementale qualitativa e quantitativa della composizione di monete o pigmenti con la tecnica di fluorescenza a raggi X.
2. Misurazione dell'efficienza geometrica ed intrinseca di un rivelatore di germanio ad alta purezza per la rilevazione dei raggi gamma. Calibrazione energia-canale.
3. Determinazione del coefficiente di assorbimento dei raggi gamma di vari materiali a diverse energie con l'uso di un rivelatore di germanio.
4. Misurazione dell'efficienza geometrica ed intrinseca di un rivelatore alfa al silicio. Calibrazione energia-canale e valutazione del potere di arresto delle particelle alfa in aria. Indicare in modo dettagliato il programma, articolandolo con specificità in tutti gli argomenti che si intende affrontare, facendo riferimento:
- al peso in termini di ore/CFU assegnato a ciascuna sezione
- se è integrato da moduli esterni e come sarà integrato
- se prevede attività seminariali e quali
- se prevede sopralluoghi, come si svolgeranno e dove
- se ci saranno esercitazioni, quante e di che tipo
- se è previsto un lavoro laboratoriale
- se è previsto un lavoro in gruppi di studio
- eventuali differenziazioni per gruppi di studenti Erasmus
-ogni quant’altra informazione perché sia chiaro, esaustivo e trasparente il patto formativo con lo studente.

Italian

The main topics covered concern the phenomena that led to the crisis of classical physics, the essential elements of quantum physics, atomic and nuclear physics, the analysis of data and the uncertainties of measures applied to modern physics laboratory activities.

Filatrella G., Romano P., Elaborazione statistica dei dati sperimentali con elementi di laboratorio, EdiSES

Jewett e Serway, Principi di Fisica, Vol II, Quart

Acquire a basic understanding of the theory of the crisis of classical physics and the birth and principles of quantum physics as well as deepen knowledge on the analysis of experimental data obtained from more complex systems that apply the principles of modern physics.
This course aims to introduce the student to the learning of more modern and complex experimental methods and apparatus than those used in General Physics laboratories, to deepen knowledge on experimental data analysis and to apply virtually the principles of modern physics.
By acquiring a more complete vision of physics and its applications, the student will be able to communicate, and possibly teach discipline, with a broader general framework.

General Physics 1 and General Physics 2 which are mandatory in the undergraduate degree program in Mathematics.

Lectures with some numerical exercises. Laboratory activities on various topics dealt with in the course that have both the purpose of experimenting and improving the skills in data analysis and in the treatment of measurement uncertainties.

The verification method will be based on the reports relating to the laboratory activities carried out during the course, on a closed-ended test carried out at the end of the course and on an oral interview to verify the acquisition of the course contents. The evaluation of each test will be expressed in marks out of thirty and the final grade will be obtained from the weighted average of the votes in the three tests; the weight will be 0.30 for the reports, 0.30 for the test and 0.40 for the interview.
The test consists of 30 questions. During the test the use of the calculator is allowed, but it is not possible to consult texts and / or teaching materials. There is no minimum test and report rating to enter the oral exam.
The oral exam consists in the discussion and discussion of the topics of the program carried out in class and lasts about 30 minutes. In addition to verifying the level of knowledge reached by the student, the oral exam aims to ascertain the understanding of the topics and the ability to know how to describe them.

Lecturers' notes and slides are available for many topics.

1. Statistical analysis of experimental data. Measures and uncertainties. Data distribution, Data fit. Parameter estimation of a distribution. Testing statistical hypotheses.
2. Introduction to the quantum physics. Blackbody radiation and Planck's theory. Photoelectric effect. Compton effect. Photons and electromagnetic waves. Wave properties of the particles. The quantum particle. The uncertainty principle. The quantum particle subjected to the boundary conditions. The Schrodinger equation. Tunnel effect.
3. Atomic physics. The first structural model of the atom. The hydrogen atom and the wave functions. The physical interpretation of quantum numbers. The exclusion principle and the periodic table. Atomic spectra. Visible radiation and X-ray
4. Nuclear physics. Properties of nuclei. Binding energy. Nuclear stability. Radioactivity. The radioactive decay processes (alpha, beta). Gamma emissions. Dating with carbon. Nuclear reactions. Fundamental forces in nature. Introduction to particle physics.
5. The use of semiconductor diodes as detector of radiation. Photodiodes. Photovoltaic cell.
6. Ionising and non ionising radiation and general features of detection systems. Radioactive decay. Interaction of gamma-rays and alpha particles with matter. Cross section. Stopping power. Activity, specific activity and doses. Detectors film, scintillation, ionization of the gas, semiconductor. Intrinsic and geometric efficiency of a detector. Gamma spectrometry and alpha spectrometry systems and methods.
7. Radon: origin, health effects, use in geophysics and its measurement by various methods. Detectors using electrostatic field and silicon alpha detector, active carbon, nuclear tracks, electrets.

Laboratory activities

1. Characterization of a photovoltaic cell.
2. Qualitative and quantitative elemental determination of coin or pigment composition by X-ray fluorescence.
3. Measurement of the geometric and intrinsic efficiency of a high purity germanium detector for gamma rays detection. Calibration energy-channel.
4. Determination of the coefficient of absorption of gamma rays of various materials at different energies with the use of a germanium detector.
5. Measurement of the geometric and intrinsic efficiency of a silicon alpha detector. Calibration energy-channel and determination of the alpha stopping power in air.