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Fisica e l'universo

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Physics and the Universe

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
MFN0568
Docenti
Prof. Fiorenza Donato (Titolare del corso)
Prof. Mario Edoardo Bertaina (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/05 - astronomia e astrofisica
Erogazione
Mista
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenze di Fisica e Matematica di base acquisite nel primo biennio del Corso di laurea, e del corso di Introduzione alla fisica nucleare e subnucleare con laboratorio.
Knowledge of basic Mathematics and Physics achieved during the first two years of the Bachelor Degree in Physics and of the course "Laboratory on Subnuclear and Nuclear Physics".

Propedeutico a

Nessuna


None
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso intende fornire una conoscenza degli aspetti di applicazione della fisica a problemi di astrofisica, cosmologia, fisica spaziale e fisica cosmica. Si prevede la conoscenza della fisica e della matematica del primo biennio oltre ad elementi di fisica dei fluidi, elettromagnetismo avanzato, relatività speciale, fisica atomica e fisica nucleare.

The course is aimed at supplying the knowledge about the characteristics of the application of Physics to problems concerning Astrophysics, Cosmology, Space Physics and Cosmic Physics. It is expected to know the Physical and Mathematical topics presented during the first two years of Bachelor degree in addition to Fluid Physics, Advanced Electromagnetism, Special Relativity, Atomic Physics and Nuclear Physics.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza degli argomenti di base di astrofisica, cosmologia, fisica spaziale e fisica cosmica affrontati a lezione.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso gli studenti dovranno essere in grado di risolvere esercizi e problemi legati all'astrofisica, cosmologia, fisica spaziale e fisica cosmica, applicando le conoscenze acquisite nel corso. Inoltre dovranno essere in grado di riassumere i concetti e dimostrare le relazioni funzionali alla base degli ambiti di ricerca presentati, nonche' descrivere le caratteristiche dei rivelatori impiegati in tali ambiti di ricerca.

Knowledge and capability of understanding: Knowledge of some basic topics concerning Astrophysics, Cosmology, Space Physics and Cosmic Physics presented during the lectures.

Capability of applying the acquired knowledge and understanding: At the end of the course the students should be able to solve exercises and problems related to astrophysics, cosmology, space physics and cosmic ray physics, by applying the concepts and knowledge acquired during classes. Moreover, they should be able to summarize the concepts, derive the basic formulae which are at the basis of the disciplines described in the course, and describe the characteristics of the detectors employed in those research areas.

 

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Programma

 Il corso si prefigge di fornire allo studente un’introduzione alle tematiche fondamentali nella cosmologia, nella astrofisica e nella fisica astro-particellare contemporanee

Introduzione all Cosmologia: Equazioni di Friedman; Eqs.  del fluido. Legge di Hubble, redshift, Eq. di stato per materia e radiazione. Soluzioni all’eq. di Friedman per materia e radiazione. Parametri di densità dell’Universo. Materia oscura, energia oscura. Eta’ dell’Universo. CMB: radiazione di fondo a microonde. Modello del Big Bang caldo. BBN: Nucleosintesi primordiale. 

 Introduzione all’Astrofisica: Luminosita’, magnitudine. Diagramma di Hertzsprung-Russell. Evoluzione stellare. Galassie: morfologia e caratteristiche principali. 

I raggi cosmici: spettro, energia, composizione, accelerazione, diffusione. Caratteristiche spettrali del ginocchio e della caviglia. Cut-off GZK. Radiazione gamma.

Tecniche sperimentali di osservazione nelle varie bande dello spettro elettromagnetico: ottico, infrarosso, radio, microonde, raggi X e raggi gamma. Misure delle distanze di oggetti astrofisici: dalla parallasse all'utilizzo della legge di Hubble.

Tecniche di rivelazione diretta ed indiretta di materia oscura. Tecniche di misura della radiazione cosmica carica da Terra e dallo Spazio. Tecniche di misura dei neutrini (atmosferici, astrofisici, cosmologici, solari e da reattore).

 

 

The course is intended to provide to the students an overview to aspects of cosmology, astrophysics and astro-particle physics of great interest nowadays. 

 Introduction to Cosmology: Friedman's equations; fluid equations. Hubble law, redshift, State equation for matter and radiation. Solutions of Friedman's equations for matter and radiation. Density parameters of the Universe. Dark matter, dark energy. The age of the Universe. CMB: microwave radiation background. Model for the hot Big Bang. BBN: primordial nucleosynthesis. 

 Introduction to Astrophysics: Luminosity, magnitudes. Diagram of Hertzsprung-Russell. Stellar evolution. Galaxies: morphology and main characteristics. 

Cosmic rays: spectrum, energy, composition, acceleration, diffusion. Spectral characteristics of the knee and ankle. GZK Cut-off. Gamma radiation.

Experimental techniques of observation in the different bands of the electromagnetic spectrum: optical, infrared, radio, microwaves, X-rays and gamma-rays. Measurements of the distances of astrophysical objects: from the parallax technique to the use of Hubble's law.

Techniques for direct and indirect detection of dark matter. Techniques for the measurement of the charged cosmic radiation from Space and from Ground. Experimental techniques for the measurement of atmospheric, astrophysical, cosmological, solar and reactor neutrinos.

 

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Modalità di insegnamento

Frontale. Lezioni svolte alla lavagna e, per alcune parti, con il supporto di slides. 

Durante l'a.a. 2020-21, se l'emergenza Covid lo rendesse necessario, le lezioni e le esercitazioni saranno svolte da remoto in modalità sincrona e asincrona. Per accedere alle lezioni ed alle esercitazioni bisogna iscriversi alla pagina Moodle del corso: https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=178

Classroom-taught lectures, with the support of the blackboard and, with regard to some parts, of slides.

During the 2020-21 academic year, if required by Covid emergency, lectures will be provided remotely in sinchronous and asynchronous modes. To access the lectures it is required to register to the Moodle page of the class: https://elearning.unito.it/scienzedellanatura/course/view.php?id=178

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame finale consisterà in una verifica scritta ed orale sugli argomenti trattati a lezione.

La prova scritta comprendera' alcune domande aperte, un esercizio e delle domande che richiedono risposte molto brevi. 


L'APPELLO DI SETTEMBRE 2020 VERRA' SVOLTO IN PRESENZA.

L'erogazione online dell'esame verra' garantita agli studenti e alle studentesse che si troveranno in una delle seguenti condizioni:

1) situazione di fragilità (diretta e indiretta, malattia, etc.);
2) residenza o domicilio fuori regione;
3) assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili.

The final exam consists of both written and oral parts cornerning the topics presented during the classes.

The written exam will consist of few open questions, an exercise, and few quick question. 

SEPTEMBER 2020 EXAM WILL BE DONE ON SITE.

      The online exams are guaranteed to the students that will be in one of the following conditions:

1) fragile situation (direct or indirect, sickness, etc.);
2) residence or domicile outside the region;
3) absence from the regional territory with justified reasons.

 

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Attività di supporto

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Liddle: An Introduction to Modern Cosmology

Binney e Merrifield: Galactic astronomy

Binney e Tremaine: Galactic Dynamics

Peebles: Principles of Physical Cosmology

Ferrari: Stelle, Galassie e Universo

A. Norton: An introduction to astrophysics and cosmology

M. Longair: High energy astrophysics

Apart from the first one, all the other textbooks are presented in the English edition

Ferrari: Stelle, Galassie e Universo

Liddle: An Introduction to Modern Cosmology

Binney e Merrifield: Galactic astronomy

Binney e Tremaine: Galactic Dynamics

Peebles: Principles of Physical Cosmology

A. Norton: An introduction to astrophysics and cosmology

M. Longair: High energy astrophysics



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Note

AVVISO: è disponibile la registrazione delle lezioni di Fisica e l'Universo sul sito:
http://elearning.moodle2.unito.it/df/ (selezionare III Anno e poi il nome del corso)

NOTES: the video recordings of the lectures of Physics and the Universe are available on the website:
http://elearning.moodle2.unito.it/df/ (select III Year and then the name of the course)

Registrazione
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    Ultimo aggiornamento: 16/06/2021 22:57