Linee di ricerca
L'attività di ricerca del Dipartimento è articolata in quattro campi di indagine, che abbracciano tutti gli ambiti di ricerca della Fisica sperimentale e teorica, dallo studio dei costituenti invisibili della materia fino all'esplorazione delle zone più remote dell'Universo.
L’astrofisica si occupa dello studio di tutti gli oggetti che si trovano oltre l’atmosfera della Terra: Sole e pianeti del sistema solare, stelle, esopianeti, galassie, ammassi e superammassi di galassie, fino a considerare l’universo nel suo insieme. Per studiare le sorgenti del cosmo e comprendere le loro proprietà fisiche, l’astrofisica utilizza tutti i campi della fisica come la meccanica, sia classica che quantistica, la termodinamica, la relatività speciale e generale. Una caratteristica fondamentale dell’astrofisica è che, di norma, non è possibile studiare dei sistemi fisici costruiti in laboratorio ottimizzando gli esperimenti. Questa stessa caratteristica, tuttavia, permette all’astrofisica di studiare anche sistemi fisici impossibili da ricreare in laboratorio (si pensi, ad esempio, ai buchi neri). Il metodo principale che l’astrofisica ha per osservare l’universo è attraverso lo studio della radiazione elettromagnetica proveniente dalle sorgenti del cosmo. Talvolta, lo studio della radiazione elettromagnetica può essere associato a quello delle onde gravitazionali o dei neutrini (si parla in tal caso di astrofisica multi-messenger). Questo consente all’astrofisica anche di osservare il passato dell’universo, dato che la luce e tutto ciò che arriva a noi può viaggiare fino a molti miliardi di anni per le sorgenti più lontane. Gli astrofisici svolgono tre tipi di attività principali: osservazioni delle sorgenti celesti, con l’utilizzo di telescopi da terra e dallo spazio, sviluppo di modelli teorici per spiegare le osservazioni e progettazione e costruzione di nuovi telescopi e strumenti per migliorare sempre di più le osservazioni.
La ricerca in Fisica della Materia ha come scopo la comprensione delle proprietà della materia nelle sue più diverse forme di aggregazione: dai singoli atomi e molecole fino alla materia condensata nello stato liquido o solido, attraverso lo studio di molteplici fenomeni, che vanno dalla superconduttività alle transizioni di fase, dal magnetismo alla realizzazione di nuove fasi della materia. Le attività di ricerca spaziano dalla comprensione dei fenomeni fisici fondamentali fino alle applicazioni più tecnologiche, studiate con una varietà di approcci sperimentali e teorici. Il Dipartimento ospita numerosi laboratori di ricerca dove si utilizzano le tecnologie più all'avanguardia nel campo dell'ottica, della microscopia e della strumentazione laser come mezzo principale di indagine e di controllo della materia, e si fa utilizzo di grandi infrastrutture di ricerca esterne (radiazione di sincrotrone, laser a elettroni liberi, sorgenti di neutroni, centri di supercalcolo). I diversi ambiti di ricerca comprendono: lo studio delle proprietà ottiche ed elettroniche di nanostrutture e l'esplorazione di nuovi fenomeni associati alla bassa dimensionalità; lo studio sperimentale di sistemi biologici e la loro modellizzazione; lo studio di nuovi fenomeni nell'ottica (classica e quantistica) e nella fotonica; lo sviluppo di nuovi strumenti per scienza e tecnologia quantistica basati sul controllo di singoli atomi e fotoni.
La fisica nucleare e subnucleare si occupa dei nuclei degli atomi e dei costituenti fondamentali della materia, studiando le interazioni che li riguardano. In questi esperimenti si utilizzano spesso gli acceleratori di particelle, sia con esperimenti su bersaglio fisso, sia in interazioni ad alta energia tra fasci di particelle che collidono. La tecnologia necessaria per queste ricerche riguarda due aspetti principali: la fase di accelerazione delle particelle, che vengono portate ad alta energia, e la fase successiva di identificazione dei prodotti delle reazioni in seguito alle collisioni, con varie tipologie di rivelatori. Negli esperimenti sui raggi cosmici non si ricorre ad acceleratori, ma si studiano le particelle ad alta energia che giungono dal cosmo, con esperimenti al di fuori dell'atmosfera terrestre (per intercettare i raggi cosmici primari) oppure a Terra (per i secondari). In Dipartimento sono presenti tutti questi filoni di ricerca e anche significative applicazioni delle tecniche nucleari in altri ambiti: l'ambiente e i beni culturali (all'acceleratore del LABEC), la medicina, lo studio della conformazione del suolo (con le attività di muografia). Infine alcuni esperimenti si occupano di ricerche di fisica fondamentale sulle onde gravitazionali.
La fisica teorica ha l'obiettivo di scoprire le leggi fondamentali della natura e di fornire una spiegazione formale dei fenomeni fisici. La ricerca del gruppo di fisica teorica del Dipartimento di Fisica e Astronomia copre diversi aspetti della fisica delle alte energie come delle basse energie. Gli argomenti di ricerca principali includono la materia relativistica fortemente interagente, i fenomeni quantistici non perturbativi, la definizione della gravità quantistica, la meccanica statistica in presenza di interazioni a lungo raggio e le relazioni tra la fisica delle particelle elementari e la cosmologia; lo studio delle strutture matematiche soggiacenti alle teorie fisiche costituisce un argomento di ricerca ugualmente rilevante. In tale contesto, gli studenti di master e di dottorato e i giovani scienziati post-doc partecipano attivamente alle attività di ricerca e ai frequenti cicli di seminari, lezioni e discussioni.
Ultimo aggiornamento
14.04.2021