Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Fondamenti sperimentali della fisica della gravitazione. La Forza di Newton. Il Principio di Equivalenza della Gravitazione e dell’Inerzia. Isotropia e omogeneità dello spazio e del tempo. Redshift gravitazionale. Il Principio di Equivalenza in Relatività Generale. Implicazioni teoriche e verifiche sperimentali della costanza nel tempo di G. Verifiche classiche della Relatività Generale. Teorie della gravitazione: previsioni e verifiche sperimentali. Formalismo PPN. Valori dei parametri principali in Relatività Generale. Teorie metriche e non metriche della gravitazione. Deviazione della luce. Ritardo dell'eco radar. Interferometria su grande base. Esperimento di Lunar Ranging. L’effetto gravito-magnetico e le basi sperimentali per la sua rivelazione. Le onde gravitazionali. Principali metodi di rivelazione. Le frontiere della gravitazione. Fasi finali dell’evoluzione stellare. Il collasso gravitazionale e i suoi messaggeri. Previsioni e verifiche sperimentali sulla natura dei buchi neri. La rivelazione del fondo stocastico di onde gravitazionali e le possibili informazioni sull’universo primigenio. La gravità a grandi distanze: interesse teorico e verifiche sperimentali

C.WIll Theory and Experiment in Gravitational Physics, C. Will (Cambridge University Press);
M. Maggiore Gravitational Waves Volume 1. Theory and Experiments Oxford University Press

Fondamenti sperimentali della fisica della gravitazione. La Forza di Newton. Il Principio di Equivalenza della Gravitazione e dell’Inerzia. Isotropia e omogeneità dello spazio e del tempo. Redshift gravitazionale. Il Principio di Equivalenza in Relatività Generale. Implicazioni teoriche e verifiche sperimentali della costanza nel tempo di G. Verifiche classiche della Relatività Generale. Teorie della gravitazione: previsioni e verifiche sperimentali. Formalismo PPN. Valori dei parametri principali in Relatività Generale. Teorie metriche e non metriche della gravitazione. Deviazione della luce. Ritardo dell'eco radar. Interferometria su grande base. Esperimento di Lunar Ranging. L’effetto gravito-magnetico e le basi sperimentali per la sua rivelazione. Le onde gravitazionali. Principali metodi di rivelazione. Le frontiere della gravitazione. Fasi finali dell’evoluzione stellare. Il collasso gravitazionale e i suoi messaggeri. Previsioni e verifiche sperimentali sulla natura dei buchi neri. La rivelazione del fondo stocastico di onde gravitazionali e le possibili informazioni sull’universo primigenio. La gravità a grandi distanze: interesse teorico e verifiche sperimentali

C.WIll Theory and Experiment in Gravitational Physics, C. Will (Cambridge University Press);
M. Maggiore Gravitational Waves Volume 1. Theory and Experiments Oxford University Press

Introduzione alle transizioni di fase. Modello di Ising. Argomento di Peierls. Teoria di campo medio per il modello di Ising. Trasformazione di dualita'. Soluzione di Onsager .Gruppo di rinormalizzazione. Blocchi di spin e teorema del limite centrale. Leggi di scala ed esponenti critici. Elementi di teoria della percolazione. Altri modelli: Modello Gaussiano, Rotatore piano. Modelli di teorie di gauge. Metodi di simulazione numerica. Tempi di rilassamento. Efficienza di un algoritmo. Algoritmi Montecarlo: dinamica di Glauber e di Kawasaki. Elementi di dinamica dei fluidi. Teoria cinetica. Equazione di Boltzmann. Entropia e teorema H. . Relazione con l'idrodinamica.

Dispense del corso, disponibili online sul sito del docente.

Adroni e Forze Nucleari. Interazione Nucleone-Nucleone, operatori di scambio ed il nucleo di Deuterio. Modelli nucleari. Il Modello a Shell. Reazioni Nucleari, Fissione e Fusione Nucleare. Cenni di Astrofisica Nucleare.
Spettroscopia adronica: teoria della diffusione. Diagrammi di Argand e risonanze. Esempi di risonanze barioniche. Diffusione pione-nucleone. Dalitz plot e formazione di risonanze. I quark costituenti. SU(3) e modello a quark. La struttura interna dei nucleoni: I fattori di forma. Deflessione elastica ed anelastica degli elettroni su nuclei e nucleoni. Deflessione profondamente anelastica e funzioni di struttura dei nucleoni. Modello a partoni. Diffusione profondamente anelastica dei neutrini. Funzioni di distribuzione dei quark e degli anti-quark. Diffusione profondamente anelastica di sonde polarizzate su bersagli polarizzati. Asimmetrie e funzioni di struttura g1 e g2.

"Nuclear Physics in a Nutshell" Carlos A. Bertulani. Princeton University Press.
“Nuclear and Particle Physics” W.E. Burcham and M. Jobs. Longman Scientific & Technical.
“The Structure of the Nucleon” Anthony W. Thomas and Wolfram Weise. Wiley-VCH.
Articoli di Riviste Scientifiche selezionati.

Introduzione storica. Il nucleo atomico. Le leggi del decadimento radioattivo. Decadimento alfa. Decadimento beta. Decadimento gamma. Decadimenti esotici. Sorgenti radioattive. Interazione radiazione-materia. La non conservazione della parità nel decadimento beta. Fissione e fusione nucleare. Misura della massa del neutrino. L’origine degli elementi. Nucleosintesi nell’Universo primordiale e nelle stelle. Evoluzione della stella. La radioattività naturale e le radiazioni naturali. Altre sorgenti naturali: i raggi cosmici e i neutrini solari. Il Radon. Radioattività interna nell’uomo. I rivelatori di particelle. Elementi di dosimetria delle radiazioni. Effetto biologico delle radiazioni. Schermatura dalle radiazioni. Applicazioni della fisica nucleare: il metodo dell’attivazione neutronica e la radiodatazione. Tecniche di imaging nucleare.

Bendiscioli Giorgio, Fenomeni radioattivi - Dai nuclei alle stelle, Springer-Verlag Mailand, 978-88-470-5452-3 (ISBN)
J.L. Basdevant, J. Rich, M. Spiro – Fundamentals in Nuclear Physics, Springer
E. Segrè, Nuclei e particelle, Zanichelli

Introduzione al progetto analogico.
Modelli semplificati di circuiti elettronici a dispositivi attivi.
Fisica di base del dispositivo “MOSFET”.
Panoramica sui dispositivi e tecnologie di processo CMOS.
Introduzione alla trattazione del rumore elettrico nei circuiti.
Strumenti per la simulazione di circuiti analogici (Spice e Spectre).
Metodologie e tecniche di progettazione.
Flusso di progettazione: disegno schematico, simulazione, layout.
Tecniche di layout specifiche per circuiti analogici.
Amplificatori, classificazioni generali e tipi di amplificatori: in tensione, in corrente, a trans-conduttanza, a trans-resistenza.
Circuiti di base nella progettazione analogica.
Amplificatori a singolo stadio.
Specchi di corrente.
Amplificatore Operazionale a trans-conduttanza (OTA).
Classi di amplificazione di potenza: A, AB, B e C.
Esempi applicativi:
- Front-End per rivelatori di particelle negli esperimenti di fisica per le alte energie
- VLSI neuromorfo (reti neuronali).

- Microelettronica 4/ed ISBN: 9788838668234 Autore: Richard C. Jaeger,
Travis N. Blalock - Mc Graw Hill.
- Il rumore elettrico – Dalla Fisica alla Progettazione - Giovanni Vittorio Pallottino - Springer
Design of Analog CMOS Integrated Circuits - Razavi - Mc Graw Hill

1. La matrice S, [1, 10]
• splitting dell’Hamiltoniana: H0 e H devono avere lo stesso spettro;
• funzioni di Green causali ed operatori di Moeller;
• espressioni esplicite per la matrice S;
• numeri quantici conservati nello scattering: la relazione di intertwining;
• teoria delle perturbazioni old–fashioned: la serie di Born;

2. I campi, [1, 4, 6, 8]
• descrizione delle particelle nello spazio di Fock: algebra degli operatori di creazione e distruzione per bosoni e fermioni;
• proprietà di trasformazione sotto Poincarè degli stati di singola particella;
• proprietà di trasformazione sotto Poincarè degli operatori di creazione e distruzione;
• condizioni sufficienti per avere matrice S Poincarè invariante: località e causalità;
• la matrice S Poincarè invariante scritta in termini dei campi;
• rates di decadimento e sezioni d’urto in teorie Poincarè invarianti;

3. Il formalismo canonico, [1, 4, 6]
• relazioni di commutazione tra campi e momenti coniugati: il caso dei bosoni e dei fermioni;
• Hamiltoniana e Lagrangiana per teorie di campi fermionici e bosonici;
• Le equazioni di campo per bosoni e fermioni;

4. Il formalismo funzionale, [1, 3, 4]
• derivazione dell’integrale sui cammini Minkowskiano per i bosoni partendo dal formalismo canonico;
• derivazione dell’integrale sui cammini Euclideo per i bosoni partendo dal formalismo canonico: stessa fisica diverso andamento temporale dei correlatori;
• connessione formale Mikowskiano–Euclideo attraverso la rotazione di Wick;
• l’integrale funzionale fermionico;
• le sorgenti: il funzionale generatore Z[J] per il calcolo delle funzioni di Green;

5. La teoria delle perturbazioni covariante, [3, 7]
• espansione perturbativa del funzionale generatore Z[J];
• calcoli espliciti di funzioni di correlazione in teoria delle perturbazioni in lambda phi^4;
• calcoli espliciti di funzioni di correlazione nel caso fermionico;
• deduzione delle regole di Feynman dall’espansione di Z[j];
• le funzioni di Green connesse e il funzionale W[J];

6. Elementi di matrice S estratti dai correlatori, [1, 4, 6]
• polologia dei propagatori liberi sia nel caso Minkowskiano che Euclideo;
• rappresentazione di Heisenberg e decomposizione spettrale dei correlatori;
• il concetto di operatore interpolante e decomposizione di Kallen–Lehmann dei correlatori a due punti;
• L’ipotesi asintotica;
• formule di riduzione LSZ per i bosoni;
• formule di riduzione LSZ per i fermioni;
• verifica diagrammatica che in lambda phi^4 si ottiene lo stesso elemento di matrice S usando sia phi che phi^3 come operatore interpolante;

7. Regolarizzazione e schemi fisici di rinormalizzazione, [1, 3, 9]
• divergenze ultraviolette nello spazio delle coordinate: i campi sono distribuzioni e il prodotto di distribuzioni nello stesso punto è singolare;
• hard–cutoff regularization;
• il reticolo come regolatore;
• la regolarizzazione dimensionale;
• analisi all–orders in teoria delle perturbazioni delle divergenze ultraviolette: criterio di rinormalizzabilità da power–counting;
• in una teoria rinormalizzabile i parametri liberi vanno fissati in termini di un egual numero di input fisici (sperimentali se la teoria deve riprodurre il mondo reale);
• calcolo della massa fisica in lambda phi^4;
• calcolo di Z_phi in lapmbda phi^4;
• calcolo della sezione d’urto fisica 2→2 in lambda phi^4;
• l’azione efficace Gamma[phi];
• la serie in hbar e calcolo esplicito di Gamma[phi] all’ordine O(lambda hbar) in lambda phi^4: le correzioni quantistiche generano tutti gli operatori permessi dalle simmetrie;
• concetto generale di teoria effettiva;

8. Equazioni di Dyson–Schwinger e Identità di Ward, [3]
• formula generica per la derivazione di equazioni di campo: i termini di contatto;
• il caso delle simmetrie: gli effetti quantistici possono rompere le simmetrie classiche (anomalie);
• formula generica per derivare le identità di Ward non anomale;

9. La QED, [1, 4, 6]
• quantizzazione di sitemi vincolati: esempio in meccanica quantistica non–relativistica;
• quantizzazione canonica della QED: il ruolo della gauge di Coulomb;
• quantizzazione covariante della QED nel formalismo funzionale mediante metodo di Faddeev–Popov;
• connessione quantizzazione covariante e canonica mediante identità di Ward;
• le regole di Feynman della QED;

10. Processi al tree–level, [1, 4, 6]
• sezione d’urto e+e−→ mu+mu−;
• lo spazio delle fasi a tre corpi e il diagramma di Dalitz;
• decadimento del muone nella teoria di Fermi;

Riferimenti bibliografici
[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

1. Cenni di teoria dei gruppi, [5]
• gruppi di Lie non–abeliani;
• concetto di rappresentazione, mappa esponenziale e generatori dell’algebra;
• costanti di struttura e rappresentazione aggiunta;

2. Teorie di gauge non–abeliane, [2, 7]
• origine geometrica del concetto di derivata covariante;
• quantità gauge–invarianti scritte in termini del trasporto parallelo;
• il campo di gauge e sua regola di trasformazione;
• azione per il campo di gauge partendo dal trasporto parallelo su circuiti chiusi;
• misura di integrazione invariante per campi di gauge;
• quantizzazione di una teoria di gauge non–abeliana col metodo di Faddeev–Popov: i ghosts;

3. Teorie di gauge chirali
• diverse regole di trasformazione per fermioni left e right;
• connessione gauge-covariante spazi left e right;
• quantità gauge invarianti costruite in termini di phi_LR;
• azione per il campo phi_LR;

4. Modello Standard delle interazioni fondamentali, [2, 8]
• campi di materia del MS: leptoni e quarks;
• simmetrie di gauge del MS: SU(3) × SU(2)L × U(1)Y ;
• i numeri quantici dei campi di materia;
• phi_LR nel MS: il campo di Higgs;
• spinori di Majorana (possibile estensione del MS nel settore dei neutrini);
• i termini di Yukawa nel MS;
• la rottura spontanea della simmetria nel MS;
• i termini di massa dei quarks e la matrice CKM;
• violazione di CP nel MS;
• focus sulla rottura spontanea: il teorema di Goldstone in generalità;

5. Cenni di fisica adronica, [1]
• i numeri quantici di flavour della QCD;
• la classificazione degli adroni in base ai numeri quantici di flavour;
• estrazione della massa di un adrone da opportune funzioni di correlazione a due punti;

6. Gruppo di rinormalizzazione, [2, 3]
• esempio in lambda phi^4: la fisica deve essere indipendente dall’osservabile fisica usata per imparare i parametri della teoria;
• schemi di rinormalizzazione intermedia: arbitrarietà solo a livello intermedio dei calcoli;
• equazioni del gruppo di rinormalizzazione come condizioni sull’invarianza della fisica rispetto a scelta di scala;
• schema di rinormalizzazione MS;
• calcolo delle beta–functions in MS;
• analisi delle divergenze della QED mediante identità di Ward;
• calcolo esplicito della beta–function in QED;
• generalizzazione al caso della QCD: il fenomeno della libertà asintotica;


Riferimenti bibliografici
[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

Introduzione ad alcune delle tematiche più significative: l’investigazione sui neutrini solari, sulla Materia Oscura dell’Universo, sugli assioni solari, sui processi di decadimento doppio beta, sulla stabilità della materia e su altri decadimenti rari. Metodologie principali per la progettazione di un esperimento efficace. Analisi delle principali tecniche sperimentali dedicate. Descrizione comparativa di alcuni esperimenti noti e cenno alle caratteristiche necessarie per gli apparati sperimentali della prossima generazione.

Appunti del docente

Diagrammi di fase e campo di esistenza dei liquidi. Liquidi e solidi quantistici. Distribuzioni radiali di densità. Modello a celle. Proprietà macroscopiche dei liquidi. Fenomeni di trasporto. Energia superficiale e pressione di vapore. Equazione di Van der Waals come teoria di campo medio. Potenziali interatomici di coppia. Medie termodinamiche , funzioni di correlazione e trasformate di Fourier. Funzioni di correlazione di coppia per liquidi classici e fluidi quantistici. Cenni di dinamica molecolare. Liquidi molecolari. Struttura e dinamica microscopica dell’acqua. Funzione di autocorrelazione della velocità. Funzioni di correlazione di Van Hove. Fattore di struttura dinamico. Fattore di struttura statico. Cenni di scattering di neutroni, raggi X, elettroni. La transizione vetrosa. Classificazione “strong-fragile glasses”. Dinamica vibrazionale, rigidità, e proprietà dei vetri. Distribuzione di impulso e proprietà quantistiche di singola particella nell’elio liquido, nei liquidi molecolari e nei sistemi amorfi.

Lecture notes distributed to students and on the web platform; M. de Podesta, “Understanding the properties of matter” (Taylor and Francis) ; P. Egelstaff, An introduction to the liquid state (Oxford University Press)

Segnali deterministici e stocastici. Sistemi lineari e non lineari. Analisi di Fourier, risposta in frequenza di un sistema lineare. Analisi di serie temporali discrete. Analisi tempo-frequenza (STFT, Wavelets, Matching Pursuit). Filtri nel dominio tempo-frequenza. Inferenza statistica, sensibilità e specificità di test diagnostici. Trasduttori ed elettrodi. Rumore ed interferenza, amplificatori bioelettrici. ECG, EMG ed EEG. Modelli matematici ed esperimenti: un esempio di ricerca applicata: biofisica del sistema uditivo, meccanica cocleare e misura di emissioni otoacustiche. Realizzazione di una tesina sull’esperimento svolto, che costituirà la base per l’esame finale.

Appunti delle lezioni del corso

INTRODUZIONE
Rianalisi dei principali effetti di interazione tra radiazione e materia con focalizzazione sulle dipendenze delle sezioni d’urto da Z, E, densità elettronica.

TECNICHE RADIOGRAFICHE
Tubo Radiogeno, principio di funzionamento, componenti, effetto hell. Spettro energetico raggi X.
Interazione raggi X con tessuti biologici e formazione immagini radiografiche .
Film, schermi intensificatori, griglie. Mammografia e RX ad alto contrasto.
Tecniche speciali: Fluoroscopia, DS Angiography, Dual Energy radiography.
CT: principio fisico di funzionamento, ricostruzione iterativa.
Rivelatori in TC. TC multistrato, artefatti.

IMAGING NUCLEARE
Tecniche e modalità di imaging funzionale. Radiotraccianti e metodi di produzione di radioisotopi per uso medico.
La gamma camera: principio di funzionamento e struttura tomografo.
La PET: principio fisico, tomografo, componenti risposta, limiti alla risoluzione spaziale.

PARAMETRI DELL' IMAGING E TECNICHE DI FILTRO
Qualità delle immagini diagnostiche. Risoluzione spaziale, contrasto e loro interdipendenza. Rumore, filtri spaziali, filtri in frequenza.


DOSIMETRIA E RADIOPROTEZIONE
Definizione principali grandezze dosimetriche. Cavità di Bragg - Gray. Condizioni di CPE.
Dosimetri principali. Grandezze dosimetriche operative.

RADIOBIOLOGIA
Effetti radiazione su organismi biologici: fasi fisica, chimica, biologica. Radiolisi dell’acqua, ciclo cellulare, mitosi, DNA. Effetto ossigeno e bystander. Tipi di lesione al DNA, aberrazioni cromosomiche, morte cellulare. Classificazione danni da radiazione, curve di sopravvivenza cellulare e dipendenze. Modello lineare quadratico. Curve dose-effetto. Definizione RBE.

RADIOTERAPIA
Fondamento logico, finestra terapeutica. Apparecchiature per teleterapia e Radioterapia con raggi X ed elettroni. Dose assorbita nel paziente: build-up, skin sparing, dose in uscita. Funzioni per il calcolo della dose nel paziente. Curve di isodose, correzioni per inomogeneità e profondità. Combinazioni di due o più fasci, definizione dei volumi e degli OAR.
Dispositivi di immobilizzazione, simulazione dei trattamenti. Valutazioni del trattamenti con DVH e film per portale.
Radioterapia con elettroni.
Generalità sui Treatment Plannig System.
Tecniche speciali: brachiterapia, sterotassi con gammaknife, cyberknife. Radioterapia conformazionale, collimatori Multileafs, IMRT.

ADROTERAPIA
Razionale, basi fisiche: interazione adroni con la materia, picco di bragg. Straggling logitudinale e trasversale. Frammentazione nucleare ed effetti. RBE per adroni e sua dipendenza dal LET, da Z… Modelli per il calcolo della dose: LEM. Macchinari per adroterapia: acceleratori, line di fascio e sistemi passivi e attivi di conformazione al target. Organi in movimento.
Cenni sulla BNCT.

The Physics of Radiology by H.E. Johns and J.R. Cunningham
Medical Imaging Physics by W.R.Hendee and E.R.Ritenour
The principles of Medical Imaging by C.Guy and D.Ffytche
La fisica in medicina nucleare di M. Marengo
Radiation Biology: a handbook for teachers and students IAEA
The Physics of Radiation Therapy by Faiz M Khan
Radiation Oncology Physics: an Handbook for teachers and Students; editor EB. Podgorsak, IAEA

Altri testi saranno consigliati a lezione

1. Il neutrone come particella elementare.

2. Scoperta del neutrone e Proprietà del neutrone.

3. Sorgenti di neutroni: Sorgenti da laboratorio, Reattori e Sorgenti a Spallazione, Sorgenti di neutroni compatte

4. Strumentazione per scattering di neutroni: Targhette, moderatori, componenti di beamlines

5. Rivelatori per neutroni
Reazioni nucleari dirette, nucleo composto, risonanze
Sezioni d’urto neutroniche
Metodi per la rivelazione di neutroni lenti
Metodi per la rivelazione di neutroni veloci e spettroscopia

6. Strumentazione geometria diretta e Strumentazione geometria inversa

7. Scattering di neutroni:
Teoria dello scattering nucleari di neutroni lenti:: generalità. La sezione d’urto di scattering. L’approssimazione di Born e lo scattering da un singolo nucleo. Definizione di sezione d’urto totale, parziale e doppio differenziale. Scattering elastico e diffrazione alla Bragg. Scattering inelastico (coerente; ed incoerente) Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X.
Sezione d’urto coerente ed incoerente. Fattore di struttura dinamico.
Scattering da liquidi e amorfi. Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X. Scattering fortemente inelastico: Deep Inelastic Neutron Scattering (DINS).

8. Scattering di neutroni applicato allo studio della materia condensata e dei materiali e storico artistici; Radiografia (imaging) e tomografia neutronica. Soft Error nei dispositivi elettronici causati dall’interazione con neutroni veloci (MeV). Studio delle tensioni residue di bulk nei materiali di interesse storico artistico.

ARTICOLI E DISPENSE VERRANNO FORNITE DAL DOCENTE

1. La matrice S, [1, 10]
• splitting dell’Hamiltoniana: H0 e H devono avere lo stesso spettro;
• funzioni di Green causali ed operatori di Moeller;
• espressioni esplicite per la matrice S;
• numeri quantici conservati nello scattering: la relazione di intertwining;
• teoria delle perturbazioni old–fashioned: la serie di Born;

2. I campi, [1, 4, 6, 8]
• descrizione delle particelle nello spazio di Fock: algebra degli operatori di creazione e distruzione per bosoni e fermioni;
• proprietà di trasformazione sotto Poincarè degli stati di singola particella;
• proprietà di trasformazione sotto Poincarè degli operatori di creazione e distruzione;
• condizioni sufficienti per avere matrice S Poincarè invariante: località e causalità;
• la matrice S Poincarè invariante scritta in termini dei campi;
• rates di decadimento e sezioni d’urto in teorie Poincarè invarianti;

3. Il formalismo canonico, [1, 4, 6]
• relazioni di commutazione tra campi e momenti coniugati: il caso dei bosoni e dei fermioni;
• Hamiltoniana e Lagrangiana per teorie di campi fermionici e bosonici;
• Le equazioni di campo per bosoni e fermioni;

4. Il formalismo funzionale, [1, 3, 4]
• derivazione dell’integrale sui cammini Minkowskiano per i bosoni partendo dal formalismo canonico;
• derivazione dell’integrale sui cammini Euclideo per i bosoni partendo dal formalismo canonico: stessa fisica diverso andamento temporale dei correlatori;
• connessione formale Mikowskiano–Euclideo attraverso la rotazione di Wick;
• l’integrale funzionale fermionico;
• le sorgenti: il funzionale generatore Z[J] per il calcolo delle funzioni di Green;

5. La teoria delle perturbazioni covariante, [3, 7]
• espansione perturbativa del funzionale generatore Z[J];
• calcoli espliciti di funzioni di correlazione in teoria delle perturbazioni in lambda phi^4;
• calcoli espliciti di funzioni di correlazione nel caso fermionico;
• deduzione delle regole di Feynman dall’espansione di Z[j];
• le funzioni di Green connesse e il funzionale W[J];

6. Elementi di matrice S estratti dai correlatori, [1, 4, 6]
• polologia dei propagatori liberi sia nel caso Minkowskiano che Euclideo;
• rappresentazione di Heisenberg e decomposizione spettrale dei correlatori;
• il concetto di operatore interpolante e decomposizione di Kallen–Lehmann dei correlatori a due punti;
• L’ipotesi asintotica;
• formule di riduzione LSZ per i bosoni;
• formule di riduzione LSZ per i fermioni;
• verifica diagrammatica che in lambda phi^4 si ottiene lo stesso elemento di matrice S usando sia phi che phi^3 come operatore interpolante;

7. Regolarizzazione e schemi fisici di rinormalizzazione, [1, 3, 9]
• divergenze ultraviolette nello spazio delle coordinate: i campi sono distribuzioni e il prodotto di distribuzioni nello stesso punto è singolare;
• hard–cutoff regularization;
• il reticolo come regolatore;
• la regolarizzazione dimensionale;
• analisi all–orders in teoria delle perturbazioni delle divergenze ultraviolette: criterio di rinormalizzabilità da power–counting;
• in una teoria rinormalizzabile i parametri liberi vanno fissati in termini di un egual numero di input fisici (sperimentali se la teoria deve riprodurre il mondo reale);
• calcolo della massa fisica in lambda phi^4;
• calcolo di Z_phi in lapmbda phi^4;
• calcolo della sezione d’urto fisica 2→2 in lambda phi^4;
• l’azione efficace Gamma[phi];
• la serie in hbar e calcolo esplicito di Gamma[phi] all’ordine O(lambda hbar) in lambda phi^4: le correzioni quantistiche generano tutti gli operatori permessi dalle simmetrie;
• concetto generale di teoria effettiva;

8. Equazioni di Dyson–Schwinger e Identità di Ward, [3]
• formula generica per la derivazione di equazioni di campo: i termini di contatto;
• il caso delle simmetrie: gli effetti quantistici possono rompere le simmetrie classiche (anomalie);
• formula generica per derivare le identità di Ward non anomale;

9. La QED, [1, 4, 6]
• quantizzazione di sitemi vincolati: esempio in meccanica quantistica non–relativistica;
• quantizzazione canonica della QED: il ruolo della gauge di Coulomb;
• quantizzazione covariante della QED nel formalismo funzionale mediante metodo di Faddeev–Popov;
• connessione quantizzazione covariante e canonica mediante identità di Ward;
• le regole di Feynman della QED;

10. Processi al tree–level, [1, 4, 6]
• sezione d’urto e+e−→ mu+mu−;
• lo spazio delle fasi a tre corpi e il diagramma di Dalitz;
• decadimento del muone nella teoria di Fermi;

Riferimenti bibliografici
[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

[ 1] S. Weinberg, “The Quantum theory of fields. Vol. 1: Foundations,”
[ 2] S. Weinberg, “The quantum theory of fields. Vol. 2: Modern applications,”
[ 3] J. Zinn-Justin, “Quantum field theory and critical phenomena,” Int. Ser. Monogr. Phys. 113 (2002) 1.
[ 4] A. Duncan, “The conceptual framework of quantum field theory”
[ 5] H. Georgi, “Lie algebras in particle physics,” Front. Phys. 54 (1999) 1.
[ 6] C. Itzykson and J. B. Zuber, “Quantum Field Theory,” New York, Usa: Mcgraw-hill (1980) 705 P.(International Series In Pure and Applied Physics)
[ 7] L. H. Ryder, “Quantum Field Theory,”
[ 8] M. D. Schwartz, “Quantum Field Theory and the Standard Model,”
[ 9] S. Coleman, “Aspects of Symmetry : Selected Erice Lectures,” doi:10.1017/CBO9780511565045
[10] R. G. Newton, “Scattering Theory Of Waves And Particles,” New York, Usa: Springer ( 1982) 743p

Imaging cerebrale. Tecniche non invasive per l'osservazione della attività fisiologica: limiti e prospettive. Cenni di: NMR, TAC, PET, EEG, MEG, ECG, EMG, etc. I segnali fisiologici, generazione, tecniche di misura e di analisi. Verranno illustrati esempi tratti dalla recente letteratura. Introduzionie all'analisi di dati sperimentali. Verranno quindi forniti agli studenti dei dati fisiologici da analizzare e sui quali scrivere un articolo scientifico. Gli esperimenti da cui vengono i dati fisiologici verranno descritti in dettaglio. L'articolo scientifico costituirà base fondamentale dell'esame.

Note del corso (slides ppt)
Numerosi lavori di letteratura