ID:
74517
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
54
CFU:
6
SSD:
FISICA PER IL SISTEMA TERRA E PER IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE
Url:
FISICA/PERCORSO COMUNE Anno: 1
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (16/09/2024 - 20/12/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso si propone di fornire agli studenti una formazione completa sui più recenti sviluppi nella geofisica nucleare e subnucleare, ponendo particolare attenzione all'applicazione della fisica delle particelle nello studio della Terra e del sistema solare. A partire dai metodi classici di indagine geofisica, come quelli sismici, gravimetrici, magnetici ed elettromagnetici, il corso integra un approccio innovativo basato sulle tecnologie di rivelazione nucleare e subnucleare per esplorare la struttura interna della Terra e comprendere i processi geodinamici che la caratterizzano. Particolare enfasi è data allo studio dei geoneutrini, particelle che permettono di indagare il bilancio energetico del pianeta, fornendo informazioni uniche sull'origine e la distribuzione del calore radiogenico. Viene inoltre approfondito lo studio della formazione del sistema solare, dalle prime fasi di evoluzione della nebulosa solare all'accrescimento planetario, con un’attenzione particolare ai meteoriti, che rappresentano una traccia diretta della composizione primordiale del sistema solare.
Un modulo dell'insegnamento è dedicato a fornire agli studenti gli strumenti necessari per scrivere un paper scientifico, un'abilità fondamentale per comunicare i risultati della ricerca in modo chiaro e professionale. Durante il corso saranno proposti esercizi pratici su queste tematiche, rispondendo alla crescente domanda di tali competenze nel mondo della ricerca, sia in ambito accademico che industriale.
Il corso offre un'introduzione ai rivelatori SNO+ e JUNO, che guideranno le scoperte nel campo della fisica del neutrino nel prossimo decennio. Questi osservatori non solo approfondiranno la conoscenza dei processi fondamentali legati ai neutrini, ma forniranno anche dati essenziali per comprendere la composizione, la struttura e il bilancio energetico della Terra. Partecipare a questo insegnamento permette agli studenti di avvicinarsi alle frontiere della fisica delle particelle applicate al sistema Terra e di entrare in contatto con le principali comunità scientifiche coinvolte in questi progetti.
Lo studente svilupperà competenze nell'analisi critica delle recenti review scientifiche, imparando a utilizzare gli articoli scientifici come strumento principale di studio per comprendere le tecniche sperimentali attuali e future. Il corso stimolerà inoltre la capacità di risolvere problemi legati ai decadimenti nucleari, alla geocronologia, all’energetica, alla stima del flusso di neutrini e ai processi di formazione e differenziazione planetaria, approfondendo le connessioni tra fisica nucleare e scienze della Terra
Un modulo dell'insegnamento è dedicato a fornire agli studenti gli strumenti necessari per scrivere un paper scientifico, un'abilità fondamentale per comunicare i risultati della ricerca in modo chiaro e professionale. Durante il corso saranno proposti esercizi pratici su queste tematiche, rispondendo alla crescente domanda di tali competenze nel mondo della ricerca, sia in ambito accademico che industriale.
Il corso offre un'introduzione ai rivelatori SNO+ e JUNO, che guideranno le scoperte nel campo della fisica del neutrino nel prossimo decennio. Questi osservatori non solo approfondiranno la conoscenza dei processi fondamentali legati ai neutrini, ma forniranno anche dati essenziali per comprendere la composizione, la struttura e il bilancio energetico della Terra. Partecipare a questo insegnamento permette agli studenti di avvicinarsi alle frontiere della fisica delle particelle applicate al sistema Terra e di entrare in contatto con le principali comunità scientifiche coinvolte in questi progetti.
Lo studente svilupperà competenze nell'analisi critica delle recenti review scientifiche, imparando a utilizzare gli articoli scientifici come strumento principale di studio per comprendere le tecniche sperimentali attuali e future. Il corso stimolerà inoltre la capacità di risolvere problemi legati ai decadimenti nucleari, alla geocronologia, all’energetica, alla stima del flusso di neutrini e ai processi di formazione e differenziazione planetaria, approfondendo le connessioni tra fisica nucleare e scienze della Terra
Prerequisiti
Sono richieste nozioni elementari di statistica, calcolo differenziale ed integrale, nonché i fondamenti di chimica e fisica nucleare, con particolare riferimento ai processi di decadimento radioattivo. La trattazione matematica degli argomenti è tale da essere comprensibile a studenti di laurea magistrale in fisica, ingegneria e scienze della Terra.
Metodi didattici
Le lezioni frontali si alternano ad esercitazioni, svolte sia individualmente che in gruppo, presso il Laboratorio di Tecnologie Nucleari Applicate all’Ambiente
(https://www.fe.infn.it/radioactivity/)
Il modulo dedicato alla scrittura di articoli scientifici include simulazioni di sottomissioni, offrendo agli studenti un'esperienza pratica nella redazione e revisione.
Circa un terzo del corso è riservato all’analisi critica di pubblicazioni tecniche recenti, che illustrano come la rivelazione di particelle nucleari e subnucleari abbia contribuito a comprendere sistemi vulcanici, il calore radiogenico terrestre e la struttura ed evoluzione del pianeta. Le lezioni sono affiancate da esercizi volti a stimare gli ordini di grandezza dei fenomeni studiati.
Tutte le presentazioni mostrate durante le lezioni sono raccolte ed ordinate in Google Classroom, assieme agli articoli scientifici citati nelle slides.
L'orario delle lezioni è concordato con il docente all'inizio del semestre ed è pianificato in modo tale da evitare sovrapposizioni temporali con altri insegnamenti. Si prega pertanto di scrivere un’e-mail al docente (mantovani@fe.infn.it) circa un mese prima dell’inizio delle lezioni dichiarando l'interesse nel frequentare il corso.
(https://www.fe.infn.it/radioactivity/)
Il modulo dedicato alla scrittura di articoli scientifici include simulazioni di sottomissioni, offrendo agli studenti un'esperienza pratica nella redazione e revisione.
Circa un terzo del corso è riservato all’analisi critica di pubblicazioni tecniche recenti, che illustrano come la rivelazione di particelle nucleari e subnucleari abbia contribuito a comprendere sistemi vulcanici, il calore radiogenico terrestre e la struttura ed evoluzione del pianeta. Le lezioni sono affiancate da esercizi volti a stimare gli ordini di grandezza dei fenomeni studiati.
Tutte le presentazioni mostrate durante le lezioni sono raccolte ed ordinate in Google Classroom, assieme agli articoli scientifici citati nelle slides.
L'orario delle lezioni è concordato con il docente all'inizio del semestre ed è pianificato in modo tale da evitare sovrapposizioni temporali con altri insegnamenti. Si prega pertanto di scrivere un’e-mail al docente (mantovani@fe.infn.it) circa un mese prima dell’inizio delle lezioni dichiarando l'interesse nel frequentare il corso.
Verifica Apprendimento
L’esame finale ha l’obiettivo di valutare il grado di conseguimento degli obiettivi formativi del corso, attraverso una prova articolata in due fasi.
1. Mini-Review
Gli studenti sono tenuti a redigere una breve revisione critica su un argomento di particolare interesse emerso durante il corso. L’elaborato dovrà essere strutturato in modo rigoroso e scientificamente solido, con un massimo di 1500 parole, inclusi riferimenti bibliografici formattati secondo lo stile Physical Review D. È consentito l’inserimento di un massimo di due figure e una tabella, ciascuna corredata da didascalie esplicative.
La mini-review rappresenta un’opportunità per dimostrare la capacità di approfondimento critico e di sintesi su un tema specifico. Tale documento costituirà il punto di partenza per la discussione dell’esame orale e dovrà essere inviato al docente almeno una settimana prima della data prevista per la prova orale.
2. Prova orale
La prova orale è finalizzata a valutare la comprensione complessiva dei contenuti del corso e la capacità di integrare e collegare le conoscenze acquisite.
La discussione avrà inizio con una presentazione di circa 10 minuti, durante la quale lo studente esporrà l’argomento trattato nella mini-review, evidenziando l’approfondimento personale e la capacità critica nell’analisi delle fonti bibliografiche.
Seguirà un colloquio di circa 40 minuti volto a verificare non solo la padronanza dei concetti teorici, ma anche la capacità di applicare tali conoscenze per affrontare problematiche complesse legate alla geofisica nucleare e subnucleare. L’accento sarà posto sulla capacità di ragionamento critico, di collegamento interdisciplinare e di risoluzione di problemi.
1. Mini-Review
Gli studenti sono tenuti a redigere una breve revisione critica su un argomento di particolare interesse emerso durante il corso. L’elaborato dovrà essere strutturato in modo rigoroso e scientificamente solido, con un massimo di 1500 parole, inclusi riferimenti bibliografici formattati secondo lo stile Physical Review D. È consentito l’inserimento di un massimo di due figure e una tabella, ciascuna corredata da didascalie esplicative.
La mini-review rappresenta un’opportunità per dimostrare la capacità di approfondimento critico e di sintesi su un tema specifico. Tale documento costituirà il punto di partenza per la discussione dell’esame orale e dovrà essere inviato al docente almeno una settimana prima della data prevista per la prova orale.
2. Prova orale
La prova orale è finalizzata a valutare la comprensione complessiva dei contenuti del corso e la capacità di integrare e collegare le conoscenze acquisite.
La discussione avrà inizio con una presentazione di circa 10 minuti, durante la quale lo studente esporrà l’argomento trattato nella mini-review, evidenziando l’approfondimento personale e la capacità critica nell’analisi delle fonti bibliografiche.
Seguirà un colloquio di circa 40 minuti volto a verificare non solo la padronanza dei concetti teorici, ma anche la capacità di applicare tali conoscenze per affrontare problematiche complesse legate alla geofisica nucleare e subnucleare. L’accento sarà posto sulla capacità di ragionamento critico, di collegamento interdisciplinare e di risoluzione di problemi.
Testi
Oltre alle presentazioni mostrate durante le lezioni, al materiale didattico ed agli articoli scientifici messi a disposizione sulla piattaforma Google Classroom, per alcuni argomenti specifici si farà riferimento ai seguenti testi.
• New Theory of the Earth (2nd edition) - Don L. Anderson - California Institute of Technology, 2007.
• The Inaccessible Earth: An Integrated View to Its Structure and Composition - Brown, G.C., & Mussett, A.E. (1981). London: Allen & Unwin.
• M. Woolfson, The Formation of the Solar System. London, UK: Imperial College Press, 2007.
• Strati, V., Mantovani, F., & Bellini, G. (2023). Studying the Earth's radiogenic power with geoneutrinos. Giornale di Fisica, 64, 61-70.
• New Theory of the Earth (2nd edition) - Don L. Anderson - California Institute of Technology, 2007.
• The Inaccessible Earth: An Integrated View to Its Structure and Composition - Brown, G.C., & Mussett, A.E. (1981). London: Allen & Unwin.
• M. Woolfson, The Formation of the Solar System. London, UK: Imperial College Press, 2007.
• Strati, V., Mantovani, F., & Bellini, G. (2023). Studying the Earth's radiogenic power with geoneutrinos. Giornale di Fisica, 64, 61-70.
Contenuti
Il corso prevede 54 ore di didattica frontale tra lezioni ed esercitazioni. Esso è strutturato nelle seguenti sezioni.
Sezione 1 - Come scrivere un articolo scientifico?
• Struttura e redazione di articoli scientifici: introduzione, risultati e discussioni.
• Selezione delle riviste scientifiche: criteri di impatto e rilevanza.
• Strutturazione del paper: contenuti, bibliografia, figure e tabelle.
Sezione 2 - Introduzione alla geofisica e connessioni con la fisica nucleare
• Fisica delle particelle e geoscienze: passato, presente e futuro.
• Tecniche classiche e moderne per lo studio dell’interno della Terra.
• Il ruolo dei neutrini nella comprensione dell’evoluzione termica e geodinamica della Terra.
Sezione 3 - Fenomeni nucleari e subnucleari nella geofisica
• Decadimenti radioattivi e isotopi come sonde geofisiche.
• Distribuzione degli elementi radioattivi nell’interno della Terra.
• Applicazioni sperimentali dei rivelatori di neutrini.
Sezione 4 - Formazione del sistema solare ed abbondanze degli elementi
• Processi di formazione del Sistema Solare: dal disco protoplanetario ai pianeti.
• Distribuzione e abbondanza degli elementi nel Sole, nei meteoriti e sulla Terra.
• Implicazioni geochimiche per la composizione del mantello terrestre.
Sezione 5 – Meteoriti: i ‘mattoni’ del sistema solare
• Meteoriti: classificazione, differenziazione e implicazioni chimiche.
• Confronti tra meteoriti condritiche e composizione terrestre.
• Utilizzo dei meteoriti per datazioni isotopiche e ricostruzione della storia della Terra.
Sezione 6 - Energetica della terra e flusso di calore
• Fonti del calore terrestre: decadimenti radioattivi e raffreddamento secolare.
• Misurazioni e modelli dei flussi di calore dalla crosta e dal mantello.
• Contributi dei decadimenti nucleari alla produzione di energia geotermica.
Sezione 7 - Geoneutrini e rivelazioni dell’interno terrestre
• Origine e rilevazione dei geoneutrini da decadimenti di U, Th e K.
• Contributi sperimentali: gli esperimenti Borexino, KamLAND, SNO+ e JUNO.
• Misure di geoneutrini: implicazioni geochimiche e geofisiche per i modelli terrestri.
Sezione 1 - Come scrivere un articolo scientifico?
• Struttura e redazione di articoli scientifici: introduzione, risultati e discussioni.
• Selezione delle riviste scientifiche: criteri di impatto e rilevanza.
• Strutturazione del paper: contenuti, bibliografia, figure e tabelle.
Sezione 2 - Introduzione alla geofisica e connessioni con la fisica nucleare
• Fisica delle particelle e geoscienze: passato, presente e futuro.
• Tecniche classiche e moderne per lo studio dell’interno della Terra.
• Il ruolo dei neutrini nella comprensione dell’evoluzione termica e geodinamica della Terra.
Sezione 3 - Fenomeni nucleari e subnucleari nella geofisica
• Decadimenti radioattivi e isotopi come sonde geofisiche.
• Distribuzione degli elementi radioattivi nell’interno della Terra.
• Applicazioni sperimentali dei rivelatori di neutrini.
Sezione 4 - Formazione del sistema solare ed abbondanze degli elementi
• Processi di formazione del Sistema Solare: dal disco protoplanetario ai pianeti.
• Distribuzione e abbondanza degli elementi nel Sole, nei meteoriti e sulla Terra.
• Implicazioni geochimiche per la composizione del mantello terrestre.
Sezione 5 – Meteoriti: i ‘mattoni’ del sistema solare
• Meteoriti: classificazione, differenziazione e implicazioni chimiche.
• Confronti tra meteoriti condritiche e composizione terrestre.
• Utilizzo dei meteoriti per datazioni isotopiche e ricostruzione della storia della Terra.
Sezione 6 - Energetica della terra e flusso di calore
• Fonti del calore terrestre: decadimenti radioattivi e raffreddamento secolare.
• Misurazioni e modelli dei flussi di calore dalla crosta e dal mantello.
• Contributi dei decadimenti nucleari alla produzione di energia geotermica.
Sezione 7 - Geoneutrini e rivelazioni dell’interno terrestre
• Origine e rilevazione dei geoneutrini da decadimenti di U, Th e K.
• Contributi sperimentali: gli esperimenti Borexino, KamLAND, SNO+ e JUNO.
• Misure di geoneutrini: implicazioni geochimiche e geofisiche per i modelli terrestri.
Lingua Insegnamento
Inglese
Altre informazioni
Per maggiori informazioni sul corso e sull'orario si prega di inviare un’e-mail al docente: mantovani@fe.infn.it
Corsi
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FISICA
Laurea Magistrale
2 anni
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