CAMPUS di FISICA MODERNA

Relatività & Meccanica Quantistica - 12-14 Aprile 2019

Per gli STUDENTI del triennio della SCUOLA SUPERIORE

Corsi del Triennio

CORSO "LA MECCANICA QUANTISTICA DA PLANCK ALLE TECNOLOGIE QUANTISTICHE"
Docente Prof. Marco Genovese-Dirigente di ricerca INRIM, Responsabile del programma ricerca Ottica Quantistica - membro del consiglio scientifico INRIM

Prof.ssa Donatella Crosta - Referente dell'Area di Astrofisica del Campus e referente SAIt
Argomenti del Corso

La meccanica quantistica è al momento la teoria fondamentale, la teoria "quadro" all'interno della quale si suppone debba essere compreso l'universo che ci circonda. Nata all'inizio del XX secolo per spiegare le proprietà che si andavano scoprendo per i sistemi microscopici (dai fotoni agli atomi), ha poi assunto un ruolo sempre più importante e generale. Tuttavia, nonostante il suo enorme potere predittivo, alcune sue proprietà restano, a quasi un secolo dalla sua formulazione, difficili da comprendere e fonte di un inesausto dibattito epistemologico. Nondimeno, negli ultimi 20 anni queste proprietà peculiari, in particolare l'entanglement, sono divenute anche delle risorse per le nascenti tecnologie quantistiche. Scopo di questo corso è introdurre questa teoria fondamentale con particolare attenzione alle sue proprietà specifiche e alla loro applicazione alle nascenti tecnologie quantistiche.

Programma

  • Com'è nata e cos'è la meccanica quantistica
  • Breve introduzione al formalismo della meccanica quantistica
  • L'entanglement e il dibattito sui concetti fondamenti della meccanica quantistica
  • Il calcolatore quantistico
  • La comunicazione quantistica dalla crittografia quantistica al teletrasporto
  • L'imaging, la metrologia e il sensing quantistici
CORSO "COLLISIONI TRA PARTICELLE TRA MECCANICA QUANTISTICA E RELATIVITÀ SPECIALE"
Docente Prof. Lorenzo Galante - Dipartimento di Fisica - Università degli Studi di Torino
Argomenti del Corso

L'indagine della struttura della materia su scale sempre più piccole avviene attraverso urti tra particelle a velocità prossime a quelle della luce. Analizzando collisioni provenienti da esperimenti realizzati con acceleratori scopriremo come la Meccanica Quantistica e la Relatività Speciale siano profondamente coinvolte nelle interazioni che ne scaturiscono e come siano fondamentali strumenti per interpretare il significato di quanto si osserva. Il corso è organizzato in modo da coinvolgere gli studenti in attività sperimentali e in attività di indagine basate sull'utilizzo di applicazioni interattive appositamente progettate.

Materiale da portare

  • due squadrette
  • matita
  • pc con "GeoGebra classico 6"
  • software praat (http://www.fon.hum.uva.nl/praat/)
  • una chiavetta per prelevare le applicazioni interattive che saranno fornite
CORSO "I FONDAMENTI DELLA RELATIVITA' DI EINSTEIN"
Docente Prof. Marco Billò - Dipartimento di Fisica - Università degli Studi di Torino
Argomenti del Corso

Il corso si propone di descrivere i concetti basilari della teoria della relatività ristretta e della costruzione di Einstein della relatività generale, fino ad introdurre il concetto di onde gravitazionali. Il livello matematico non andrà oltre il livello delle scuole superiori, ma si illustreranno esplicitamente alcuni passaggi cruciali.

Programma del corso

  • La relatività Galileiana.
  • L'esperimento di Michelson-Morley e la costanza della velocità della luce.
  • Il principio di relatività (ristretta) di Einstein.
  • Le trasformazioni di Lorentz e lo Spazio di Minkowski.
  • Conseguenze: relatività della simultaneità, dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze.
  • Verso la Relatività generale: il principio di equivalenza.
  • Concetti matematici necessari per costruire la relatività generale: metrica, curvatura, ...
  • Il significato dell'equazione di Einstein: la distribuzione di materia-energia determina il campo gravitazionale (la metrica)
  • L'equazione delle geodetiche: la metrica determina il moto degli oggetti Alcuni effetti della R.G.
  • ... ed in particolare le onde gravitazionali.

CORSO "INTRODUZIONE ALLA RELATIVITÀ E ALLE SUE APPLICAZIONI"
Docente Prof. Alberto Vecchiato - INAF (Istituto Nazionale Astrofisica) - Osservatorio Astrofisico di Torino
Argomenti del Corso

Il corso ha due obiettivi: capire di cosa trattano e come funzionano la relatività ristretta e quella generale, e esplorare le applicazioni e gli esperimenti che dipendono da queste due teorie.

Per il primo, il corso introdurrà le teorie della relatività ristretta e generale confrontandole con le loro omologhe classiche e usando come guida i principi fondamentali che le caratterizzano. Queste teorie verranno introdotte ad un livello matematico semplificato, adeguato alle conoscenze iniziali di studenti delle scuole superiori, e successivamente introducendo in maniera graduale strumenti più evoluti necessari ad una comprensione non superficiale dell'argomento.

Questo servirà anche ad affrontare in maniera più efficace il secondo obiettivo, nel quale, dopo alcuni brevi accenni a fenomeni ed esperimenti generali, come per esempio la deflessione della luce, i buchi neri, le applicazioni cosmologiche e le onde gravitazionali, ci si concentrerà su applicazioni ed esperimenti recenti. Verrà quindi spiegato come sono state rilevate le onde gravitazionali nel 2015, e si darà particolare attenzione alla stretta relazione tra la relatività e le missioni spaziali. Tra le altre cose, verrà spiegato il funzionamento dei sistemi di posizionamento satellitare come il GPS, la misura degli effetti gravitomagnetici di Gravity Probe-B, le mappe stellari di Gaia e la detection di onde gravitazionali di Lisa. Verrà infine introdotto il problema dei viaggi interstellari e delle varie ipotesi formulate per affrontarlo.

LABORATORIO DI ASTROFISICA "DETERMINAZIONE DELLE PROPRIETÀ FISICHE DEL BUCO NERO CENTRALE DELLA GALASSIA"
Docente Prof. Luca Zangrilli - INAF (Istituto Nazionale Astrofisica) - Osservatorio Astrofisico Di Torino
Argomenti del Corso

In questo laboratorio studieremo i modi con cui gli astrofisici stanno indagando le proprietà del buco nero che si cela al centro della nostra Galassia. E' nella natura dei buchi neri avere un carattere elusivo all'indagine scientifica, in quanto la luce non è in grado di lasciarne la superficie, portandoci un'informazione diretta. La forza gravitazionale da essi esercitata è tuttavia ben visibile, rivelando quindi la presenza di un oggetto fortemente compatto e massiccio al centro della Via Lattea. In questo laboratorio verrà svolta un'analisi di dati osservativi mediante l'utilizzo di un software opportunamente scritto; è consigliato quindi l'utilizzo di un personal computer portatile, per ogni gruppo di tre o quattro persone. Tuttavia, è anche possibile seguire il laboratorio usando carta, matita e una calcolatrice tascabile.