CAMPUS di MATEMATICA, FISICA ASTROFISICA e SCIENZE

2a SESSIONE INVERNALE - 18-20 Gennaio 2019

Per gli STUDENTI del biennio e del triennio della SCUOLA SUPERI

Corsi del Biennio

MATEMATICA

CORSO "IN LABORATORIO CON ALAN TURING: DALLA MACCHINA ENIGMA ALL'INTELLIGENZA ARTIFICIALE"
DOCENTE Prof. Marco Reho
Argomenti del Corso

Alan Turing è noto soprattutto per aver decifrato Enigma, la macchina crittografica dei nazisti, ma il suo versatile genio spaziava su numerosi altri campi. Un filo conduttore percorre la sua vita e la sua opera: la comprensione del funzionamento della mente umana e la sua imitazione mediante una macchina.

In questo corso ripercorreremo le tematiche affrontate da Alan Turing con attività laboratoriali in cui gli alunni saranno divisi in gruppi di lavoro. In particolare:

  • scopriremo e utilizzeremo metodi crittografici per cifrare e decifrare messaggi in sfide appassionanti;
  • studieremo il funzionamento della macchina Enigma e la utilizzeremo grazie ad un simulatore;
  • cercheremo con il Test di Turing di distinguere l'umano dalla macchina;
  • costruiremo una semplice macchina in grado di imparare le strategie di un gioco, fino a diventare talmente brava da non poterla più battere;
  • una entusiasmante sfida a quiz finale decreterà il gruppo che meglio sarà entrato in sintonia con il grande matematico Alan Turing.

Propongo ora di considerare questa domanda: "Le macchine sono in grado di pensare?" - Alan Turing

ASTROFISICA

CORSO "ASTRONOMIA PRATICA: IL LINGUAGGIO DELLE STELLE"
DOCENTE Prof. Alberto Cora
Argomenti del Corso

Le stelle si fanno ammirare in cielo, ispirando la nostra fantasia. Agli occhi di un astrofisico, esse hanno molto da raccontare della loro vita e di quella dell'Universo in cui viviamo. Partendo dall'osservazione degli oggetti in cielo, esploreremo quanto oggi sappiamo dell'Universo e dei corpi che in esso si trovano. L'evoluzione stellare puo' essere letta negli oggetti che popolano le plaghe celesti; il moto dei pianeti puo' essere compreso alzando di notte lo sguardo al cielo; le domande che emergono apparentemente semplici dall'osservazione del cosmo sono quindi lo stimolo a ricercare con metodo scientifico. Questo significa per noi imparare il linguaggio delle stelle.

FISICA

CORSO "COMPLESSITÀ, TURBOLENZA E CAOS NELLA FISICA DEI FLUIDI"
DOCENTI Prof. Miguel Onorato e Dott.ssa Marta Rinaudo
Argomenti del Corso

Nonostante le equazioni che regolano la dinamica dei fluidi, note come equazioni di Navier-Stokes, siano note da più di duecento anni e siano basate su principi classici della fisica, esse contengono ancora molti fenomeni, quali la turbolenza, non ancora completamente compresi. Come diceva R. Feynmann (Nobel 1965) "l'aver scritto un'equazione non toglie alla fisica dei fluidi il suo fascino, il suo mistero o il suo potere di sorprenderci." Le equazioni di Navier-Stokes sono talmente complicate che nel 2000 il Clay Mathematics Institute ha istituito un premio di un milione di dollari per chi dimostra alcune proprietà matematiche delle soluzioni di tali equazioni.

Durante il ciclo di lezioni, dopo aver presentato alcuni concetti di base della fluidodinamica, ci si propone di guidare lo studente in un percorso in cui verranno affrontate e discusse alcune delle tematiche della fisica dei fluidi che sono tuttora oggetto di ricerca. Attraverso semplici esempi si introdurrà il concetto della turbolenza e del caos e si cercherà di spiegare quali sono ancora oggi le domande aperte nel mondo della ricerca. Verranno anche presentate alcune esperienze di laboratorio che permetteranno di apprezzare la complessità nella fisica dei fluidi.

SCIENZE E INGEGNERIA

CORSO "NETWORK THEORY"
Docente DOTT. ALESSANDRO COSSARD
Argomenti del Corso

Il corso propone un'introduzione alla Network Theory, il ramo della fisica che si occupa di rappresentare sistemi complessi tramite grafi che specifichino le interazioni tra i componenti del sistema da descrivere. La teoria dei network ha avuto un grande sviluppo in questi ultimi anni perché è uno degli strumenti più efficaci per rappresentare la complessità che caratterizza il mondo moderno: si applica molto bene alla ricostruzione di sistemi biologici come reti di interazioni proteiche, si può utilizzare nelle scienze sociali come ad esempio nel monitoraggio del traffico stradale o nel controllo della diffusione di epidemie, fino alle più recenti applicazioni al mondo virtuale come il controllo di transizioni bancarie e lo studio dei Big Data utilizzando i dati da web e social network. Il programma del corso sarà diviso in tre moduli: il primo riguarda le definizioni generali della network theory, il secondo tratta l'esempio più semplice di rete, la Random Network, e un terzo blocco che tratta le reti reali, dette Scale Free Network.

È anche possibile fare costruire agli studenti delle reti reali utilizzando software come Gephi oppure la libreria Networkx di Python.

Modulo 1: Introduzione
Introduzione alla Teoria dei Network (esempi di rete aeroportuali, bancarie e social network fino alle applicazioni in matematica), definizioni fondamentali (nodo, link, grado, cammino, betweenness, distribuzioni, matrice di adiacenza, rete sparsa, rete pesata, rete diretta), esempi di applicazione reale.

Modulo 2: Random Network
Calcolo del valor medio del numero di link, introduzione alle distribuzioni binomiali e poissoniane, formazione di una rete random (video), concetto di criticità, small world, ultrasmall world, coefficiente di clustering, resilienza, teoria dei sei gradi di separazione.

Modulo 3: Reti Reali
Legge di potenza e proprietà scale-free, definizione di hub, calcolo del grado di un hub, significato fisico della proprietà scale free, distribuzione di grado, universalità della rete, ruolo dell'esponente della distribuzione, modelli generativi Uno dei maggiori vantaggi è che i concetti sono tutti molto semplici e non richiedono necessariamente strumenti matematici avanzati quindi il corso è facilmente modellabile su un pubblico di qualunque età.

N.B. Si invita di portare un computer portatile, avendo cura di scaricare il programma Gephi all'indirizzo https://gephi.org, cliccando su "Download FREE" e scegliendo quindi il proprio sistema operativo.

CORSO "I SEGRETI DELL'ATOMO - ACCELERATORI DI PARTICELLE E REATTORI A FUSIONE"
DOCENTE Ing. Andrea Musso
Argomenti del Corso

Sembra incredibile, ma la soluzione per rispondere a molte delle domande insolute riguardo l'Universo e risolvere alcune problematiche urgenti per il nostro pianeta può arrivare studiando il mondo delle particelle elementari. Questo è il campo della fisica delle particelle, che si propone di esplorare le proprietà della materia sub-atomica e sub-nucleare. Grazie a importanti e longevi progetti internazionali, scienziati da tutto il mondo collaborano e mettono in pratica le loro teorie. Per realizzare esperimenti sull'infinitamente piccolo occorre impiegare sistemi sempre più imponenti, come gli acceleratori di particelle. La costruzione di questi enormi centri di ricerca è un'opera maestosa che richiede studi approfonditi in tanti settori della fisica, della matematica e dell'ingegneria, nonché sforzi economici considerevoli da parte degli organi governativi. Non si tratta solo di ricerca fine a se stessa: queste "esplorazioni" hanno portato alla luce tecnologie che hanno ampie ricadute sulla nostra vita quotidiana. Alcune profonde problematiche attuali, come la crisi energetica globale, potrebbero trovare soluzione grazie ad applicazioni della fisica nucleare, sfruttando ad esempio i reattori a fusione.

C'è ancora tanto da scoprire e sono grandi gli investimenti fatti per allargare l'interesse verso questi argomenti. Specialmente per i più giovani, è necessario tenersi al passo con queste tematiche, dato che figure esperte nei tanti settori utili saranno sempre più richieste nel mondo dell'innovazione.

Obiettivi previsti
L'obbiettivo del corso è quello di illustrare agli studenti le basi del funzionamento di acceleratori di particelle e reattori a fusione nucleare, con ampio spazio alle motivazioni che hanno spinto la ricerca in questi settori e gli sviluppi futuri per tali strumenti. Per comprendere meglio gli argomenti più complessi, gli studenti saranno introdotti alla fisica delle particelle, alle teorie dell'elettromagnetismo e a varie branche dell'ingegneria. Si tratta di conoscenze fondamentali per le nuove generazioni di scienziati nonché utili nel proseguo del loro percorso di studi. Inoltre, verrà spiegato cosa vuol dire collaborare con grandi centri di ricerca, e le possibilità per gli studenti di farne parte nell'immediato futuro.

Out line del corso
Acceleratori di particelle

  • Introduzione alla fisica delle particelle: le interazioni fondamentali e il Modello Standard
  • Il CERN: la sua storia e gli scopi
  • Introduzione ai concetti di elettromagnetismo: campi elettrici e magnetici
  • LHC: i rivelatori e gli esperimenti
  • Le sfide dell'ingegneria: magneti superconduttori, cavità risonanti, criogenia
  • Le recenti scoperte e le sfide future: il Bosone di Higgs, la materia oscura, la teoria della grande unificazione, la cura dei tumori
Reattori per fusione nucleare
  • La crisi energetica mondiale: cause e possibili soluzioni
  • La fissione nucleare: descrizione del fenomeno e delle sue problematiche
  • La fusione nucleare: i vantaggi e le sfide da superare
  • Introduzione alla fisica dei plasmi
  • Soluzioni ingegneristiche per la realizzazione di un reattore: i Tokamak
  • Il progetto ITER: presente e futuro

CORSO "LA MECCANICA ORBITALE E L'INGEGNERIA DIETRO IL VOLO SPAZIALE"
DOCENTE Ing. Carlo Fiori
Argomenti del Corso

Come si entra in orbita intorno alla terra? Come funziona il motore di un razzo? E' uguale a quello che spinge una capsula fino alla stazione spaziale? Come si arriva su Marte? Cosa succede quando accendo i motori in orbita? come posso correggere la mia rotta per raggiungere un determinato punto? Queste sono solo alcune delle domande che troveranno risposta durante questo corso dedicato allo spazio e ai veicoli costruiti dall'uomo per esplorarlo. Il corso è rivolto a tutti gli interessati agli aspetti tecnici che caratterizzano il mondo dell'esplorazione spaziale e che desiderano conoscerlo meglio. Verranno presentate le leggi che spiegano il funzionamento dei veicoli spaziali, dai razzi vettori alle capsule con equipaggio, in modo da comprenderne i componenti fondamentali e la loro funzione. Saranno descritte le leggi che descrivono le orbite intorno alla terra e le manovre che possono essere compiute nello spazio, analizzando come vengono modificate le orbite e calcolando alcune semplici manovre. Saranno presentate anche le dinamiche del volo spaziale seguite durante le missioni di routine di rifornimento della stazione e le traiettorie seguite nei voli interplanetari.

CORSO "MAGIA O CHIMICA IN CUCINA - VIAGGIO ALLA SCOPERTA DEL CIBO"
DOCENTE Prof. Yuri Galletti
Argomenti del Corso

Sappiamo veramente cosa mangiamo?

La preparazione del cibo è un'attività a cui siamo talmente abituati che spesso non ci chiediamo cosa stiamo facendo. In realtà ogni ricetta è un esperimento chimico, un’apoteosi di reazioni, colori, sapori e odori. La cucina rappresenta quindi un posto perfetto per imparare la scienza, dove non mancano mai strumenti e reagenti. Cercheremo allora attraverso alcuni esperimenti scientifici di svelare i segreti della chimica in cucina, di capire la composizione dei cibi, e come essi vengono preparati tramite cottura, e non solo, e di conseguenza quali reazioni avvengono. Vedremo inoltre i principi fondamentali di conservazione del cibo e come la chimica sia determinante nell’industria degli alimenti, con un focus sulla loro produzione artificiale e su come questa potrebbe risolvere il problema della fame nel mondo.

Verranno svolti alcuni esperimenti in classe per svelare alcuni processi fondamentali della chimica, come la fermentazione, l’ossidazione e la denaturazione delle proteine.

Materie: Chimica inorganica, fisica, biologia.

  1. Le proprietà della patata: densità e pressione osmotica.
  2. Quanto sono buoni i legumi: temperatura e struttura chimica.
  3. È nato prima l’uovo o la gallina?: proteine, sali, grassi.
  4. Una mela al giorno: ossidazione.
  5. Il nostro pane quotidiano: anidride carbonica e fermentazione.
  6. Cosa beviamo?: zuccheri, diete, metabolismo.
CORSO "SPORT, ALIMENTAZIONE, SALUTE = LA PRATICA VINCENTE"
DOCENTE Prof. Simone Ellena
Argomenti del Corso

I ragazzi che oggi frequentato gli istituti superiori molto frequentemente si ritrovano a dover interrompere la pratica sportiva.

L'educazione fisica e sportiva scolastica non sempre basta per conseguire benefici psico-fisici, nemmeno per aiutare i teenager a raggiungere uno spirito critico.

Il corso vuole porre, in modo chiaro e concreto, le basi per una corretta pratica dell'allenamento motorio nel suo insieme, approfondendo alcuni aspetti come il "Body Building" è la base di partenza per lo sviluppo di nuove e più accattivanti metodologie allenanti come il "Circuit Training", l' "H.I.I.T", il "Tabata" o altre metodiche ad oggi più accattivanti e sponsorizzate come il "Crossfit" o il "Calistenichs".

La passione, la motivazione e la frequenza non sempre sono sufficienti per ottenere risultati dove la genetica non è d'aiuto. L'alimentazione è la chiave per il successo, ecco che, allora, si approccerà ad una corretta educazione alimentare e si vedrà nello specifico alcuni "approcci dietetici" per noi analizzarne pregi e difetti.

  • parole chiave dell'allenamento motorio
  • le tecniche allenanti
  • le chiavi dell'allenamento (frequenza, carico, durata, intensità, recupero)
  • la super compensazione (obiettivo concreto o mera illusione?)
  • educazione all'alimentazione (i principi nutritivi) e approcci dietetici
  • conclusioni