CAMPUS di MATEMATICA, FISICA ASTROFISICA e S.T.E.M. - ON-LINE

14 - 23 dicembre 2020

Per gli STUDENTI del biennio e triennio della SCUOLA SUPERIORE

Corsi S.T.E.M.

VISIONE ARTIFICIALE CON PYTHON
Ing. Alessandro Berruti
Argomenti del Corso

Oggi la visione artificiale, o computer vision, è applicata nei più svariati ambiti della nostra vita e società: nel campo video-ludico, guida autonoma, indagini mediche, esplorazione spaziale, robotica, sicurezza e molto altro. La manipolazione delle immagini è anche fondamentale per "preparare" i dati che poi verranno forniti ai sistemi di intelligenza artificiale.

Proprio come l'essere umano anche un sistema elettronico ha bisogno di un sistema di visione e, di quello che viene chiamato, "feature extraxtion" (ossia la capacità di determinare un insieme di caratteristiche di massima che un'immagine possiede) per fornire un dato che il cervello o, in un sistema elettronico, una rete neurale, possa capire ed elaborare.

Quando acquisiamo un'immagine con una fotocamera o videocamera questa viene "vista" dal computer come un insieme di byte organizzati a livello logico a formare una matrice.

In questo corso andremo a capire come questa matrice possa essere manipolata e le relazioni matematiche che esistono tra i diversi pixel e aree, e come queste vengano interpretate per poter estrapolare informazioni utili dall'immagine.

Per la manipolazione di immagini e video verrà utilizzato Python abbianto ad una libreria ampiamente utilizzata e documentata che è OpenCV.

Durante il corso verranno affrontati i seguenti argomenti:

  • Definizione di immagine come matrice
  • Calcolo matriciale applicato alle immagini
  • Cambiamento spazio colore
  • Trasformazioni geometriche delle immagini
  • Rilevamento di pattern e bordi
  • Rilevamento di "blob"
  • Rilevamento volti
  • Analisi pattern

Per seguire il corso non è richiesta una conoscenza pregressa di Python, è sicuramente utile ma non fondamentale la conoscenza di elementi di programmazione.

La settimana prima dell'inizio del corso verranno eventualmente fornite alcune istruzioni operative per avere il PC pronto per seguire il corso in modo profiquo.

INGEGNERIA DELL'ATOMO COME FUNZIONANO GLI ACCELERATORI DI PARTICELLE E I REATTORI A FUSIONE
Docente Ing. Andrea Musso
Argomenti del Corso

Cosa accomuna il più grande centro di ricerca del mondo, il CERN, dove l'enorme acceleratore di particelle LHC viene usato per svelare i misteri dell'Universo, e ITER, il gigantesco progetto per la costruzione del primo reattore a fusione nucleare? La risposta si trova nel campo della fisica delle particelle. Sembra incredibile, ma per risolvere i grandi quesiti dell'umanità, "Da dove veniamo?" e "Che ne sarà dell'Universo?", e per trovare una soluzione ai più gravi problemi del nostro tempo, la crisi energetica ed il riscaldamento globale, gli scienziati lavorano con della materia così piccola da non essere visibile ad occhio nudo.

In questo corso, ci mettiamo nei panni di fisici e matematici che elaborano moli di dati sperimentali per verificare nuove teorie, e di ingegneri che si occupano di realizzare e far funzionare dei colossi tecnologici come LHC e ITER. Ampio spazio verrà dato nell'introdurre i concetti fondamentali e le motivazioni che hanno portato ad intraprendere queste avventure scientifiche. Infine, ci si concentrerà sulle ultime scoperte e le sfide che attendono questi due enormi progetti.

Acceleratori di particelle

  • Introduzione alla fisica delle particelle
  • Il CERN: il più grande centro di ricerca del mondo
  • Introduzione ai concetti di elettromagnetismo
  • 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
  • La fusione nucleare: i vantaggi e le sfide da superare
  • Soluzioni ingegneristiche per la realizzazione di un reattore: i Tokamak
  • Il progetto ITER: presente e futuro

Corsi di Matematica

DAI NUMERI COMPLESSI ALLE TEORIE MODERNE
Docente Prof. Luigi Vezzoni
Argomenti del Laboratorio

I numeri complessi sono uno strumento fondamentale in Matematica che permettono di risolvere svariati problemi e reinterpretare molte teorie. Nel corso verrà illustrata la teoria elementare ed introdotte alcune nozioni moderne. Nello specifico verranno trattati i seguenti argomenti:

  • Definizione di numero complesso e operazioni tra numeri complessi;
  • Numeri complessi in forma trigonometrica e coordinate polari nel piano;
  • Radici e potenze di un numero complesso;
  • La formula di Eulero (considerata la formula più bella della Matematica);
  • Radici di polinomi e teorema fondamentale dell'algebra;
  • La geometria del piano dei numeri complessi;
  • Esempi ed esercizi;
  • Cenni di geometria iperbolica;
  • Introduzione alle teorie moderne.

Corsi di Astrofisica

ASTROFISICA E DATA SCIENCE
Docenti Dott. Alberto Vecchiato e Cossard
Argomenti del Laboratorio

Le domande che l'Astrofisica si fa sull'Universo sono sempre più complesse e richiedono sempre maggiori quantità di dati che possono essere elaborati solo con l'aiuto di computer. Diventa quindi sempre più importante, per gli astronomi, saper padroneggiare linguaggi di programmazione e strumenti di analisi dati, creando nuovi campi di studio come la Data Science, e stimolanti collegamenti con l'informatica e i suoi argomenti di punta, come il Machine Learning. Questo corso vuole offrire un breve ma appetitoso assaggio di cosa significhi fare Data Science in Astrofisica, con una serie di esempi pratici, ognuno preceduto da un'introduzione teorica che spiegherà i concetti di base del fenomeno analizzato e la sua importanza in Astronomia e Astrofisica. Gli argomenti vanno dalla stima della massa del Sagittarius A, il buco nero super massiccio al centro della nostra Galassia, ai metodi per trovare le distanze di oggetti fuori dalla nostra Galassia ed il loro collegamento con le teorie cosmologiche, fino all'utilizzo di metodi avanzati di Machine Learning per la classificazione automatica delle galassie. Tutti gli esempi pratici prevedono l'utilizzo di codici in linguaggio Python che permetteranno ai partecipanti di elaborare autonomamente i dati, ma non è necessaria una conoscenza pregressa di questo linguaggio di programmazione perché ne verranno comunque fornite le basi necessarie all'inizio del corso.

LA COSTRUZIONE DELLA COSMOLOGIA MODERNA
Docente Dott. Luca Zangrilli
Argomenti del Laboratorio

Le distanze nell'Universo, le sue dimensioni e la sua età sembrano essere risultati ormai acquisiti, se non scontati. Tuttavia, essi sono frutto di un lungo lavoro sperimentale e teorico, che deve essere conosciuto, per poter apprezzare la rivoluzione nella cosmologia a cui hanno dato luogo. L'evoluzione stellare è una delle chiavi della cosmologia moderna, avendo permesso di dare un'età e una misura al Cosmo. In questo corso seguiremo la strada che, partendo dai principi fisici primi, permette di comprendere la natura e l'evoluzione delle stelle. Proseguiremo quindi con lo studio di alcune tecniche d'indagine, arrivando all'analisi di dati astrofisici, per comprendere quali informazioni si possono ottenere sull'evoluzione delle galassie e sulla struttura del nostro Universo.

È consigliato l'uso di un computer portatile, in modo da poter svolgere man mano la parte sperimentale proposta, che tuttavia potrà anche essere seguita facendo uso di carta, penna calcolatrice tascabile.

Corsi di Fisica

QUANDO LA FISICA FA BENE ALLA SALUTE: DALLA RICERCA DI BASE AGLI STRUMENTI PER LA DIAGNOSI E LA CURA IN MEDICINA
Docente Dott.ssa Simona Giordanengo
Argomenti del Laboratorio

Sul finire dell'800, con la scoperta dei raggi X e della radioattività naturale, la fisica inizia a studiare le interazioni delle radiazioni con la materia, incluso il corpo umano. Nasce così la fisica medica che ha il compito di sviluppare metodi e strumentazioni cliniche per la diagnosi e la cura in medicina. Si illustreranno i tre ambiti principali in cui la fisica trova applicazione negli ospedali: la medicina nucleare, la diagnostica e la radioterapia. Vedremo come i metodi della ricerca di base si sono tradotti in strumentazioni ormai considerate standard nella diagnostica come CT (tomografia computerizzata), PET (tomografia ad emissione di positroni) e RM (risonanza magnetica).Approfondiremo i principi fisici e radiobiologici su cui si basa sia la radioterapia convenzionale che utilizza fasci di fotoni o elettroni di alta energia, che la più avanzata adroterapia, che fa uso di protoni e ioni carbonio prodotti da acceleratori di particelle del tutto simili al Large Hadron Collider del CERN. Capiremo perché gli adroni sono molto selettivi ed efficaci sui tumori e andremo alla scoperta dei tre centri italiani di adroterapia: il CATANA di Catania, il CNAO di Pavia e il Protonterapia di Trento. Infine, scopriremo gli ambiti e le tecnologie in cui la fisica può contribuire alla medicina del futuro.

PARTICLE PHYSICS INQUIRY. CONDUCI UN'INDAGINE IN FISICA DELLE PARTICELLE A CAVALLO TRA RELATIVITÀ SPECIALE E MECCANICA QUANTISTICA
Docente Prof. Lorenzo Galante
Argomenti del Laboratorio

Indaga direttamente su un evento di collisione ottenuto con acceleratori di particelle. Scopri il mistero... prova a risolverlo. Un corso attivo in cui si alternano fasi di presentazione di concetti di Fisica Moderna (Relatività Speciale e Meccanica Quantistica) e fasi in cui lo studente indaga direttamente su dati sperimentali da veri e propri esperimenti di Fisica delle Particelle. La sfida? Provare a interpretarli usando la Relatività e la Meccanica Quantistica come strumenti di indagine.

  • due squadre da disegno tecnico, una matita;
  • 1 pc con installato "GeoGebra classic 6";
  • una chiavetta per prelevare le applicazioni interattive fornite.