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

25 gennaio - 03 febbraio 2021

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

LE GEOMETRIE NON EUCLIDEE
Docente Dott. Alberto Raffero
Argomenti del Laboratorio

Nel corso verrà introdotto uno degli argomenti più affascinanti e rivoluzionari della Matematica. Dopo una discussione sul problema del V postulato di Euclide, verranno illustrati alcuni modelli di nuove geometrie, quella sferica e quella iperbolica, mettendo in risalto le differenze sostanziali con la geometria Euclidea.

    Verranno inoltre discusse alcune applicazioni matematiche delle geometrie non Euclidee, come la dimostrazione della formula di Eulero per I poliedri convessi tramite la geometria sferica, e non mancheranno i riferimenti al ruolo di queste geometrie nella filosofia, nell'arte e nella biologia.

Corsi di Astrofisica

DEEP IMPACT: IL RISCHIO DI IMPATTO DI CORPI COSMICI CON LA TERRA
Docente Prof. Mario Di Martino
Argomenti del Laboratorio

Il corso propone una panoramica generale sul problema relativo al rischio di impatti di corpi cosmici con il nostro pianeta e inquadra l'argomento in un più ampio contesto così articolato:

  • Cenni su formazione ed evoluzione stellare e sulla formazione di sistemi planetari
  • Panoramica dei pianeti, dei satelliti naturali e dei corpi minori del Sistema Solare
  • Near-Earth Objects (NEO): origine, caratteristiche fisiche e dinamiche
  • Strumenti e tecniche per la scoperta di NEO e possibili contromisure per mitigare la minaccia
  • Effetti conseguenti all'impatto di un corpo cosmico con la Terra
  • Crateri da impatto
  • Meteore e meteoriti
  • Missioni spaziali per l'esplorazione dei Near-Earth Objects
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 Prof. Roberto Sacchi
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.

DAL DIAMANTE ALLA GRAFITE: ALCHIMISTI – AL CONTRARIO – ALLA SCOPERTA DELLE NEUROSCIENZE
Docente Prof. Federico Picollo
Argomenti del Laboratorio

Il cervello è sicuramente l'organo più complesso e anche meno conosciuto del nostro corpo. Lo si potrebbe ritenere una macchina perfetta, ma così non è. Gli studi di base dei meccanismi del funzionamento e malfunzionamento del cervello, che sfruttano misure in vitro su colture neuronali, necessitano di nuove tecnologie che permettano di compiere un significativo passo in avanti. Il diamante, cristallo noto per la sua bellezza ma caratterizzato anche da ineguagliabili proprietà chimico-fisiche, rappresenta il materiale innovativo per lo sviluppo di dispositivi bio-sensoristici del presente e del futuro. Se da un lato le sue proprietà lo rendono estremamente affascinante per le applicazioni tecnologiche dall'altro sono le stesse caratteristiche uniche il fattore limitante alla sua lavorazione. È necessario quindi sviluppare schemi di micro/nano-fabbricazione alternativi come ad esempio la litografia da fasci ionici con energia del Mega Elettonvolt (MeV).

Combinare questa tecnica litografica, che permette di disegnare all'interno del diamante (isolante elettrico perfetto) elettrodi in grafite (buon conduttore elettrico), con la biocompatibilità del diamante consente di realizzare biosensori estremamente performanti. i sensori cellulari così realizzati permettono di piastrare sulla loro superficie colture di cellule neuronali. Esperimenti di neurofisiologia in cui vengono registrati simultaneamente segnali di natura diversa come la misura dei neurotrasmettitori rilasciati, i potenziali d'azione o misure ottiche in fluorescenza, sono eseguiti in condizioni più simili a quelli fisiologiche. La possibilità di ottenere simultaneamente molteplici informazioni dal sistema biologico di interesse permette di avere una comprensione più profonda dei suoi meccanismi di funzionamento di base.

  • vuoto: cos'è, perché si fa e come si fa
  • laboratorio: "giocare" con un sistema a vuoto
  • tecniche di analisi & impiantazione ionica con simulazione Monte Carlo
  • Bio-sensoristica in diamante artificiale applicata alle neuroscienze
CLIMA ED EVENTI ESTREMI: QUANDO FISICA E STATISTICA RIVELANO L'IMPORTANZA DEGLI EVENTI RARI
Docenti Prof. Claudio Cassardo e dott. Enrico Arnone
Argomenti del Laboratorio

I cambiamenti climatici sono già oggi tra i maggiori fattori di rischio per l'umanità. Capire come e perché mutano le condizioni climatiche nelle varie parti del globo è essenziale per poterne ridurre le cause e mitigare l'impatto. Gli studi più recenti raccomandano di limitare il riscaldamento medio globale a +1,5° rispetto ai livelli preindustriali per poterne contenere gli effetti negativi. Cosa vuol dire riscaldamento globale? Quali sono le cause principali e le conseguenze climatiche? Che legame c'è tra riscaldamento globale ed eventi estremi come siccità, alluvioni o uragani? In questo corso daremo risposta a queste e altre domande vedendo come funziona il sistema climatico, quali sono i fattori principali che lo controllano e quali stanno inducendo i cambiamenti osservati. Vedremo come osserviamo e modelliamo il clima. Studieremo come e perché gli eventi estremi del sistema climatico sono importanti, sia per le loro drammatiche conseguenze, sia perché ci aiutano a cogliere più in fretta e in modo più chiaro i segni di un clima che cambia. Per avere strumenti per destreggiarsi in uno degli aspetti di maggior importanza per l'umanità e stimolare nuove visioni per una società sostenibile."

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