Sergio GRANCAGNOLO

Sergio GRANCAGNOLO

Ricercatore Universitario

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01: FISICA SPERIMENTALE.

Dipartimento di Matematica e Fisica "Ennio De Giorgi"

Ex Collegio Fiorini - Via per Arnesano - LECCE (LE)

Ufficio, Piano 1°

Telefono +39 0832 29 7079

Orario di ricevimento

Martedì 11:00-12:00

Recapiti aggiuntivi

Stanza 228

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Curriculum Vitae

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Didattica

A.A. 2023/2024

FISICA GENERALE I

Corso di laurea INGEGNERIA DELL' INFORMAZIONE: ELETTRONICA, INFORMATICA E TELECOMUNICAZIONI

Tipo corso di studio Laurea

Lingua ITALIANO

Crediti 9.0

Docente titolare SERGIO GRANCAGNOLO

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 81.0

  Ore erogate dal docente SERGIO GRANCAGNOLO: 63.0

Anno accademico di erogazione 2023/2024

Per immatricolati nel 2023/2024

Anno di corso 1

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso Percorso comune

Sede Lecce

METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Lingua ITALIANO

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 60.0

Anno accademico di erogazione 2023/2024

Per immatricolati nel 2023/2024

Anno di corso 1

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso ASTROFISICA,FISICA SPERIMENTALE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI

Sede Lecce

A.A. 2022/2023

FISICA GENERALE I

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Tipo corso di studio Laurea

Lingua ITALIANO

Crediti 9.0

Docente titolare SERGIO GRANCAGNOLO

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 81.0

  Ore erogate dal docente SERGIO GRANCAGNOLO: 63.0

Anno accademico di erogazione 2022/2023

Per immatricolati nel 2022/2023

Anno di corso 1

Struttura DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INNOVAZIONE

Percorso PERCORSO COMUNE

Sede Lecce

METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI

Corso di laurea FISICA

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Lingua ITALIANO

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 49.0

Anno accademico di erogazione 2022/2023

Per immatricolati nel 2022/2023

Anno di corso 1

Struttura DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA "ENNIO DE GIORGI"

Percorso ASTROFISICA,FISICA SPERIMENTALE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI

Sede Lecce

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FISICA GENERALE I

Corso di laurea INGEGNERIA DELL' INFORMAZIONE: ELETTRONICA, INFORMATICA E TELECOMUNICAZIONI

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea

Crediti 9.0

Docente titolare SERGIO GRANCAGNOLO

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 81.0

  Ore erogate dal docente SERGIO GRANCAGNOLO: 63.0

Per immatricolati nel 2023/2024

Anno accademico di erogazione 2023/2024

Anno di corso 1

Semestre Secondo Semestre (dal 04/03/2024 al 14/06/2024)

Lingua ITALIANO

Percorso Percorso comune (999)

Sede Lecce

Concetti elementari di Analisi Matematica 1 (limiti, derivate, integrali), nozioni di base di trigonometria, geometria analitica

Introduzione alla meccanica classica, meccanica dei fluidi e alla termodinamica.

Conoscenze: definire e riconoscere i concetti fondamentali della fisica classica, nell'ambito dei domini della meccanica e della termodinamica e descrivere il relativo approccio metodologico.

Comprensione: spiegare con proprietà di linguaggio e interpretare fenomeni fisici; essere in grado di generalizzarli con esempi di situazioni similari.

Applicazione: categorizzare e determinare quali fenomeni fisici considerare, per calcolare la soluzione di problemi basilari di cinematica, dinamica del punto materiale e del corpo rigido, termodinamica.

Analisi: dedurre con rigore scientifico la natura meccanica o termodinamica di un fenomeno o processo fisico, distinguere quali leggi fondamentali lo governano.

Valutazione: argomentare e sostenere le principali nozioni teoriche alla base della meccanica e termodinamica classica.

Sintesi: sviluppare un approccio metodologico rigoroso ed idoneo allo studio di diversificate nozioni e problematiche, connesse con la meccanica e termodinamica classica, propedeutico all'apprendimento autonomo di argomenti più avanzati.

Lezioni ed esercitazioni frontali in aula.
Tutor di supporto per ulteriori ore di esercitazione (opzionali).

  • Prova scritta obbligatoria, con risoluzione di problemi di meccanica e termodinamica. Per passare all'orale è richiesto un punteggio minimo.
  • Prova orale inerente ai concetti teorici sviluppati durante il corso.
  • In caso di non superamento della prova orale nella stessa sessione dello scritto, il voto può essere conservato fino all'appello successivo, se supera la sufficienza.
  • Per coloro che hanno preso un voto elevato alla prova scritta, diventa opzionale sostenere la prova orale o accettare il voto dello scritto.

Al momento dello scritto andranno dichiarati gli obblighi formativi (OFA). Questi verranno considerati saldati, se si raggiunge la sufficienza o se le conoscenze di base emergono dalla prova, anche se lo scritto non viene superato.

 

Possibilità di partecipare a prove scritte di esonero. Maggiori dettagli: https://elearning.unisalento.it/mod/forum/discuss.php?d=6582#p8991

 

N.B.: per mantenere la riservatezza al momento della pubblicazione dei risultati, all'inizio della prova scritta verrà richiesto il numero di matricola dello studente.

Previsti: tre appelli tra giugno e luglio, un appello a settembre, altri tre appelli tra gennaio e febbraio.

La correzione dello scritto è prevista subito dopo la consegna. La pubblicazione dei risultati avverrà sulla piattaforma e-learning in forma anonimizzata, tramite numero di matricola. Saranno pubblicati solo i voti degli studenti ammessi all'orale.

Gli orali si potranno svolgere conseguentemente alla pubblicazione dei risultati.

Orario corsi: lunedì 10:30-13:30 (aula Y-5), martedì 8:30-10:30 (aula I-3), mercoledì 8:30-10:30 (aula I-4).

Ricevimento studenti: da concordare su appuntamento. Possibilità di ricevere su Teams previo accordo via e-mail.

 

Tutor: Elisabetta Casilli, orario: giovedì 11:30-13:30 (aula M-3), venerdì 8:30-10:30 (aula I-2).
 

Piattaforma e-learning: https://elearning.unisalento.it/course/view.php?id=1694 (in aggiornamento),
per il 2022/2023 vedere https://elearning.unisalento.it/course/view.php?id=1387

Concetti introduttivi

Introduzione alla fisica
Le leggi e le grandezze della fisica
Unità di misura
Grandezze fondamentali e grandezze derivate
Sistemi di unità di misura
Dimensioni
Grandezze scalari e grandezze vettoriali
Calcolo vettoriale

 

Approssimazioni

Errori di misura
Incertezza, propagazione degli errori
Cifre significative e arrotondamenti
Notazione scientifica
Distribuzione degli errori


Cinematica

Il punto materiale
Coordinate e sistemi di riferimento
Variabili spaziale e temporale, legge oraria
Velocità scalare e vettoriale
Moto uniforme e vario
Equazioni cartesiane del moto
Accelerazione scalare e vettoriale

 

Grandezze cinematiche angolari

Moto circolare
Composizione e scomposizione di movimenti
Moto uniformemente accelerato
Moto armonico
Cinematica relativa


Cinematica del corpo rigido

Gradi di libertà
Spostamento rigido
Movimenti rigidi
Velocità e accelerazione nel moto di rototraslazione

Statica del corpo rigido
Momento di una forza rispetto a un punto
Coppia di forze
Momento di una forza rispetto a un asse
Equilibrio
Reazioni vincolari
Baricentro


Statica dei fluidi

Viscosità
Pressione
Vasi comunicanti
Principio di Archimede


Principi di Newton

Massa e forza
Centro di massa, densità
Composizione di forze
Forza centripeta
Forza elastica
Pendolo semplice
Quantità di moto e impulso


Lavoro ed energia

Forze posizionali e conservative
Potenza
Energia cinetica
Energia potenziale
Conservazione dell'energia
Attrito
Lavoro dell'attrito radente

 

Dinamica rotazionale

Teorema del momento angolare
Momento d'inerzia
Teoremi di Koenig
Conservazione del momento angolare
Impulso angolare
Moto di puro rotolamento
Pendolo fisico

 

Urti

Urto elastico, anelastico
Urto con corpi rigidi

 

Oscillazioni

Oscillatore armonico
Oscillatore smorzato
Oscillatore forzato

 

Dinamica dei fluidi

Fluido ideale
Moto di un fluido
Portata
Teorema di Bernoulli
Applicazioni

 

Equilibrio termico, scale termometriche

Temperatura e calore
Dilatazione termica
La dilatazione dei solidi

 

Teoria cinetica dei gas

Il gas perfetto
I gas reali
La legge di Joule - Clausius
La costante di Boltzmann
Equipartizione dell'energia
La funzione di distribuzione

 

Calore specifico e calore molare

La relazione di Mayer
Le equazioni di Poisson
Il lavoro di un gas

 

Transizioni di fase

Fusione e solidificazione
Evaporazione e condensazione
Sublimazione e brinamento

 

Lo spostamento del calore

Conduzione, convezione, irraggiamento
Il metodo termodinamico - Le variabili termodinamiche
Equazioni di stato
Trasformazioni reversibili - Equazioni di trasformazione

 

Il primo principio

Cicli termodinamici
Il ciclo di Carnot

 

Il secondo principio

Enunciato di Clausius
Enunciato di Kelvin - Planck
Equivalenza dei due enunciati
Teorema di Carnot
Teorema di Clausius

 

Il concetto di entropia

Calcolo della variazione di entropia
Entropia e secondo principio
Entropia e probabilità
Entropia e informazione
La degradazione dell'energia

  • Testo consigliato:
    Giovanni Tonzig, Fondamenti di Meccanica Classica, ISBN: 9798599105763,
    La fisica del Calore - Termologia e Termodinamica, ISBN: 9798598638552

N.B.: il testo di termodinamica sarà disponibile con una riduzione sul prezzo verso la metà di aprile

 

  • Altri testi utili:
    • D. G. Giancoli, Fisica 1 - Meccanica - Onde - Termodinamica, ISBN: 978-88-08-29994-9
    • Wolfgang Demtröder, Mechanics and Thermodynamics, ISBN: 978-3-319-27875-9
    • Marc Seguin, Physique XXI Tome A: Mécanique, ISBN: 9782766149575
    • P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica, Meccanica e Termodinamica, ISBN: 9788879594189, o versioni successive
FISICA GENERALE I (FIS/01)
METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 60.0

Per immatricolati nel 2023/2024

Anno accademico di erogazione 2023/2024

Anno di corso 1

Semestre Secondo Semestre (dal 26/02/2024 al 07/06/2024)

Lingua ITALIANO

Percorso ASTROFISICA,FISICA SPERIMENTALE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI (A219)

Sede Lecce

Buona conoscenza dell'inglese, in quanto lingua principale utilizzata nella letteratura disponibile. Nozioni di base di meccanica quantistica, buona conoscenza della relatività speciale e dell'elettrodinamica classica. Nozioni di fisica delle particelle sono utili a facilitare la comprensione ma non sono essenziali.

Il corso si propone di fornire una visione d'insieme sulle problematiche relative alla sperimentazione in fisica delle particelle: strumentazione, metodi statistici, simulazione, ricostruzione. Il rivelatore ATLAS viene utilizzato come esempio pratico.

Lo studente acquisisce le conoscenze di base per comprendere il funzionamento della strumentazione e dei metodi, tipicamente utilizzati nella fisica nucleare e subnucleare.

Lezione frontale.

Esame orale.

Orario lezioni: lunedì e martedì dalle 14:00 alle 17:00, aula F-3.

 

Il programma può venire adattato per focalizzarsi su specifici aspetti sperimentali. Se interessati a seguire il corso, contattare preventivamente il docente prima dell'inizio del semestre.

 

Visione d'insieme dei temi trattati nel corso: animazione riguardante il complesso di acceleratori del CERN, la presa dati degli esperimenti e l'analisi sperimentale.

https://home.cern/resources/video/cern/cern-overview-animation

Misure di collisioni tra particelle

Osservabili e variabili cinematiche
Sezione d'urto, luminosità
Particelle nello stato finale
Accettanza ed efficienza
Parton density function


Acceleratori e rivelatori

Interazione delle particelle ad alte energie
Il rivelatore ATLAS
Trigger, ottimizzazione e prestazioni


Statistica

Incertezza statistica e sistematica
Distribuzioni di probabilità
Propagazione dell'errore
Metodo del Maximum likelihood
Metodo dei minimi quadrati
Significanza statistica
Test di ipotesi
Scoperta ed esclusione


Calibrazione del rivelatore

Informazioni dai dati grezzi
Allineamento
Calibrazione e risoluzione


Identificazione delle particelle

Tracciamento e vertice
Elettroni, fotoni, muoni
Caratterizzazione dei jet
Impulso mancante
Identificazione di b e tau

Simulazione di eventi

Generatori
Simulazione completa e parametrica


Esempi di analisi dati

Ricerca di Higgs
Fisica oltre il Modello Standard
Ricerca di risonanze

"Experimental Techniques in Modern High-Energy Physics. A Beginner‘s Guide", Kazunori Hanagaki, Junichi Tanaka, Makoto Tomoto, Yuji Yamazaki
Disponibile in accesso libero: https://link.springer.com/book/10.1007/978-4-431-56931-2

METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI (FIS/01)
FISICA GENERALE I

Corso di laurea INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea

Crediti 9.0

Docente titolare SERGIO GRANCAGNOLO

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 81.0

  Ore erogate dal docente SERGIO GRANCAGNOLO: 63.0

Per immatricolati nel 2022/2023

Anno accademico di erogazione 2022/2023

Anno di corso 1

Semestre Secondo Semestre (dal 01/03/2023 al 09/06/2023)

Lingua ITALIANO

Percorso PERCORSO COMUNE (999)

Sede Lecce

Concetti elementari di Analisi Matematica 1 (limiti, derivate, integrali), nozioni di base di trigonometria, geometria analitica

Introduzione alla meccanica classica, meccanica dei fluidi e alla termodinamica.

Conoscenze: definire e riconoscere i concetti fondamentali della fisica classica, nell'ambito dei domini della meccanica e della termodinamica e descrivere il relativo approccio metodologico.

Comprensione: spiegare con proprietà di linguaggio e interpretare fenomeni fisici; essere in grado di generalizzarli con esempi di situazioni similari.

Applicazione: categorizzare e determinare quali fenomeni fisici considerare, per calcolare la soluzione di problemi basilari di cinematica, dinamica del punto materiale e del corpo rigido, termodinamica.

Analisi: dedurre con rigore scientifico la natura meccanica o termodinamica di un fenomeno o processo fisico, distinguere quali leggi fondamentali lo governano.

Valutazione: argomentare e sostenere le principali nozioni teoriche alla base della meccanica e termodinamica classica.

Sintesi: sviluppare un approccio metodologico rigoroso ed idoneo allo studio di diversificate nozioni e problematiche, connesse con la meccanica e termodinamica classica, propedeutico all'apprendimento autonomo di argomenti più avanzati.

Lezioni ed esercitazioni frontali in aula.
Tutor di supporto per ulteriori ore di esercitazione (opzionali).

  • Prova scritta obbligatoria, con risoluzione di problemi di meccanica e termodinamica. Per passare all'orale è richiesto un punteggio minimo.
  • Prova orale inerente ai concetti teorici sviluppati durante il corso.
  • In caso di non superamento della prova orale, la prova scritta verrà conservata all'appello successivo, se ha superato la sufficienza.
  • Per coloro che hanno preso un voto elevato alla prova scritta, diventa opzionale sostenere la prova orale o accettare il voto dello scritto.

Al momento dello scritto andranno dichiarati gli obblighi formativi (OFA). Questi verranno considerati saldati, se si raggiunge la sufficienza o se le conoscenze di base emergono dalla prova, anche se lo scritto non viene superato.

 

N.B.: per mantenere la riservatezza al momento della pubblicazione dei risultati, all'inizio della prova scritta verrà richiesto il numero di matricola dello studente.

Prossime date (aule) previste per la prova scritta: 20 giugno (Y-2), 4 (Y-1) e 25 luglio (Y-3).

La correzione dello scritto è prevista nel pomeriggio. La pubblicazione dei risultati avverrà sulla piattaforma e-learning in forma anonimizzata, tramite numero di matricola. Saranno pubblicati solo i voti degli studenti ammessi all'orale.

Gli orali si potranno svolgere dal giorno seguente alla pubblicazione dei risultati.

Orario corsi: martedì 15:00-18:00 (aula Y-2) / mercoledì 11:30-13:30 (aula Y-1) / giovedì 8:30-10:30 (aula Y-2)

Ricevimento studenti: martedì dalle 11:30 alle 12:30 o da concordare su appuntamento

 

Tutoraggio - Tutor: Andrea Alessandrelli

- Esercitazioni opzionali (aula Y-1): mercoledì, dalle 10:30 alle 11:30, venerdì dalle 9:00 alle 10:15.

- Ricevimento studenti: venerdì dalle 11:00 alle 13:00 (da dopo Pasqua: anche il mercoledì dalle 14:30 alle 16:30)

 

Possibilità di ricevere su Teams previo accordo via e-mail

 

Piattaforma e-learning: https://elearning.unisalento.it/course/view.php?id=1387

Concetti introduttivi

  1. Metodo scientifico
  2. Grandezze fisiche e misure
  3. Sistemi di unità di misura, il sistema MKS
  4. Misure e incertezze
  5. Errori accidentali e sistematici
  6. Propagazione degli errori
  7. Criteri di arrotondamento delle cifre
  8. Vettori, somma e prodotto per uno scalare
  9. Prodotto scalare
  10. Prodotto vettoriale

Cinematica del punto

  1. Moto rettilineo
  2. Velocità nel moto rettilineo
  3. Accelerazione nel moto rettilineo
  4. Moto verticale di un corpo
  5. Moto armonico semplice
  6. Moto rettilineo smorzato 
  7. Velocità e accelerazione in funzione della posizione
  8. Moto nel piano: posizione e velocità
  9. Accelerazione nel moto piano
  10. Moto circolare
  11. Moto parabolico dei corpi

Dinamica del punto

  1. Leggi di Newton
  2. Principio d'inerzia
  3. Introduzione al concetto di forza
  4. Quantità di moto
  5. Impulso
  6. Risultante delle forze
  7. Equilibrio
  8. Reazioni vincolari
  9. Azione dinamica delle forze
  10. Forza peso
  11. Forza di attrito radente
  12. Piano inclinato
  13. Forza elastica
  14. Forza di attrito viscoso
  15. Forze centripete
  16. Pendolo semplice
  17. Tensione dei fili

Dinamica del punto, lavoro, energia, momenti

  1. Lavoro
  2. Potenza
  3. Energia cinetica
  4. Lavoro della forza peso
  5. Lavoro di una forza elastica
  6. Lavoro di una forza di attrito radente
  7. Forze conservative
  8. Energia potenziale
  9. Conservazione dell'energia meccanica
  10. Momento angolare
  11. Momento della forza

Dimamica dei sistemi di punti materiali

  1. Sistemi di punti
  2. Forze interne e forze esterne
  3. Centro di massa di un sistema di punti
  4. Teorema del moto del centro di massa
  5. Conservazione della quantità di moto
  6. Teorema del momento angolare
  7. Conservazione del momento angolare
  8. Sistema di riferimento del centro di massa
  9. Teoremi di Koenig
  10. Il teorema dell'energia cinetica
  11. Proprietà dei sistemi di forze applicate a punti diversi

Dinamica del corpo rigido

  1. Definizione di corpo rigido
  2. Corpo continuo
  3. Densità
  4. Posizione del centro di massa
  5. Moto di un corpo rigido
  6. Rotazioni rigide attorno ad un asse fisso
  7. Momento d'inerzia
  8. Teorema di Huygens-Steiner
  9. Pendolo composto
  10. Moto di puro rotolamento
  11. Inpulso angolare
  12. Momento dell'impulso
  13. Leggi di conservazione nel moto di un corpo rigido
  14. Equilibrio statico del corpo rigido

Fenomeni d'urto

  1. Urti tra due punti materiali
  2. Urto completamente anelastico
  3. Urto elastico
  4. Urto anelastico
  5. Urti tra punti materiali e corpi rigidi o tra corpi rigidi

Proprietà meccaniche dei fluidi

  1. Generalità sui fluidi
  2. Pressione
  3. Equilibrio statico di un fluido in presenza della forza peso
  4. Principio di Archimede
  5. Attrito interno 
  6. Viscosità
  7. Fluido ideale
  8. Moto di un fluido
  9. Regime stazionario
  10. Portata
  11. Teorema di Bernoulli
  12. Applicazioni del teorema di Bernoulli

Oscillazioni

  1. Proprietà dell'equazione differenziale dell'oscillatore armonico
  2. Energia dell'oscillatore armonico
  3. Somma di moti armonici sullo stesso asse
  4. Somma di moti armonici su assi ortogonali
  5. Oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa
  6. Oscillatore armonico forzato

Primo principio della termodinamica

  1. Sistemi e stati termodinamici
  2. Equilibrio termodinamico
  3. Principio dell'equilibrio termico
  4. Definizione di temperatura
  5. Termometri
  6. Sistemi adiabatici
  7. Esperimenti di Joule
  8. Calore
  9. Primo principio della termodinamica
  10. Energia interna
  11. Trasformazioni termodinamiche
  12. Lavoro e calore
  13. Calorimetria
  14. Processi isotermi
  15. Cambiamenti di fase
  16. Trasmissione del calore
  17. Dilatazione termica di solidi e liquidi

Gas ideali

  1. Leggi dei gas
  2. Equazione di stato dei gas ideali
  3. Termometro a gas ideale a volume costante
  4. Trasformazioni di un gas 
  5. Lavoro e calore
  6. Calori specifici
  7. Energia interna del gas ideale
  8. Studio di alcune trasformazioni
  9. Trasformazioni cicliche
  10. Ciclo di Carnot
  11. Teoria cinetica dei gas
  12. Significato cinetico di temperatura e calore

Secondo principio della termodinamica

  1. Enunciati del secondo principio della termodinamica
  2. Reversibilità e irreversibilità
  3. Teorema di Carnot
  4. Temperatura termodinamica assoluta
  5. Teorema di Clausius
  6. La funzione di stato entropia
  7. Il principio di aumento dell'entropia
  8. Calcoli di variazioni di entropia
  9. Entropia del gas ideale
  10. Energia inutilizzabile
  • Testo consigliato: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica, Meccanica e Termodinamica, ISBN: 9788879594189, o versioni successive
  • Altre fonti:
    • Wolfgang Demtröder, Mechanics and Thermodynamics, ISBN: 978-3-319-27875-9
    • Marc Seguin, Physique XXI Tome A: Mécanique, ISBN: 9782766149575
    • Giovanni Tonzig, Fondamenti di Meccanica Classica, ISBN: 9798599105763,
      La fisica del Calore - Termologia e Termodinamica, ISBN: 9798598638552
    • D. G. Giancoli, Fisica 1 - Meccanica - Onde - Termodinamica, ISBN: 978-88-08-29994-9
FISICA GENERALE I (FIS/01)
METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI

Corso di laurea FISICA

Settore Scientifico Disciplinare FIS/01

Tipo corso di studio Laurea Magistrale

Crediti 7.0

Ripartizione oraria Ore totali di attività frontale: 49.0

Per immatricolati nel 2022/2023

Anno accademico di erogazione 2022/2023

Anno di corso 1

Semestre Secondo Semestre (dal 27/02/2023 al 09/06/2023)

Lingua ITALIANO

Percorso ASTROFISICA,FISICA SPERIMENTALE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI (A219)

Sede Lecce

Buona conoscenza dell'inglese, in quanto lingua principale utilizzata nella letteratura disponibile.

A good knowledge of classical electrodynamics and special relativity is essential. Basic concepts of quantum mechanics are recommended. Some notions of particle physics might facilitate the comprehension, but are not strictly necessary.

Short introduction to modern nuclear and subnuclear physics. Particle accelerators: linear accelerators, cyclotrons, synchrotrons, synchrotron light. Semiconductors detectors. Detector systems: trackers, calorimeters, particle identification, trigger, data acquisition. Calorimetry. Examples of experiments in particle physics and astroparticle physics. Examples of applications to nuclear physics.

The student acquires the basic knowledge to understand the functioning of the instrumentation and the methods which are typically employed in nuclear and subnuclear physics.

Lecture. Flipped classroom.

Oral exam.

Il programma può venire adattato per focalizzarsi su specifici aspetti sperimentali. Se interessati a seguire il corso, contattare preventivamente il docente prima dell'inizio del semestre.

 

Visione d'insieme dei temi trattati nel corso: animazione riguardante il complesso di acceleratori del CERN, la presa dati degli esperimenti e l'analisi sperimentale.

https://home.cern/resources/video/cern/cern-overview-animation

Accelerators

Historical accelerators: Van der Graaf and tandem. Linear accelerators. Cyclotrons, synchrocyclotrons and synchrotrons.

Decoupling of longitudinal and transverse modes. Dipoles. Quadrupoles. Transport matrices. Hills equation and its solutions in terms of the Twiss parameters. Betatron function and transverse emittance.

Effects causing deviations from the ideal orbit. Quadrupole errors and tune variations. Closed orbit, dipole errors and integer resonances. Momentum compaction factor and dispersion function. Natural chromaticity. Sextupoles. Resonances from magnet effects. Transverse-longitudinal couplings.

Longitudinal dynamics. Relativistic transition. Radiofrequency cavities. Synchrotron oscillations. Bunch structure. Acceleration. Phase inversion at the relativistic transition.

Solution of Maxwell equations in covariant form: retarded potentials. Liénard-Wiechert expression for the radiation potential emitted by a moving charge. Derivation of the electromagnetic field from the Liénard-Wiechert potential. Relativistic generalization of Larmor's formula: linear acceleration vs circular acceleration.

Computation of the angular spectrum of synchrotron light. Computation of the energy spectrum and polarization states of synchrotron light. Wigglers and undulators.

Examples of accelerators: electrostatic machines, famous accelerators. The CERN accelerators complex. Future colliders. The ESRF synchrotron.

 

Semiconductor detectors

Band structure of solids. Calculation of the density of charge carriers. Calculation of the chemical potential. Mass action law. Semiconductor materials and their use in radiation detection: silicon, diamond, germanium, high-Z materials.

Doping. The pn junction. Junction capacitance. Johnson-Nyquist noise. Biased pn junction, single sided pn-junction, leakage current. Small pixel effect. The MOS structure.

Strip detectors. Pixel detectors. Hybrid vs monolithic. Typical pixel functionalities.

Examples of application: X-ray computed tomography with spectral resolution, other examples.

Silicon photomultipliers.

 

Spectrometry and tracking

Measurement of momentum from the sagitta. Influence of multiple scattering and resolution. 

Alignment techniques.

Fit to circular trajectory: the Chernov-Oskorov solution and the Karimaki solution.

The Kalman filter.

 

Calorimetry

Electromagnetic showers. Differences between e/p and gamma showers. Hadronic showers and the role of the neutral pions.

Homogeneous and sampling calorimeters. Radiation length. Moliere radius. Interaction length. Pre-shower detectors. Effect of soft photons and neutrons on the sampling fraction.

Linearity of response. Quenching, saturation and the Texas tower effect. Containment. Components of the resolution of a calorimeter.

Compensation of a hadronic calorimeter. Dual readout.

 

Particle identification

Time of flight. Transition radiation. Cherenkov light.

 

Particle detector systems

General purpose detectors. Trigger and data acquisition. 

The LHC experiments, with details on the ATLAS detector. Techniques and experiments for detecting neutrinos. Cosmic ray experiments, with details on the CTA UV cameras. 

Examples of detectors for physics beyond the standard model: dark matter, neutrinoless double beta decay, axions.

 

Detection of gravitational waves

Einstein equations. Linearized solutions and the TT gauge. Properties of GW. Sources of GW and the quadrupole formalism. 

GW emitted by a binary system. Luminosity. Coalescence. Signals from typical sources.

Detection by means of resonant masses. Interferometers. Laser power. Resonant cavities and dual recycling. Laser stability. Radiation pressure, quantum limit, mirror suspension and gravitational noise.

Example of GW experiments. How to extract information from a GW waveform.

The material of the class references several textbooks and scientific papers, mostly in English. When treating each topic, the teacher will make sure to point the students to the proper literature.

METODI SPERIMENTALI PER LA FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI (FIS/01)

Temi di ricerca

Analisi dati sperimentali raccolti dall'esperimento ATLAS nelle collisioni protone-protone al Large Hadron Collider (CERN)

Valutazione della qualità dei dati del sotto-rivelatore a microstrip di silicio SCT.