Laboratori di Fisica Moderna Febbraio 2019

Laboratori di Fisica Moderna Febbraio 2019

Laboratori di Fisica Moderna Febbraio 2019

Commissione Organizzativa:

Giuseppe Ciullo

Mirco Andreotti

Il Laboratorio di Fisica Moderna è dedicato agli allievi delle classi quinte della Scuola Secondaria Superiore ed ha come obiettivo quello di farli avvicinare alla fisica moderna e di farli entrare in contatto con alcune delle tematiche di fisica di più recente sviluppo.

Il Laboratorio è articolato in diverse attività, che vengono presentate più avanti all’interno di questa pagina.

 

Modalità di svolgimento

Ciascuna attività è legata ad una tematica, si svolge nell’arco di un pomeriggio e può essere seguita al massimo da 4 o 5 studenti. I ricercatori che seguono gli studenti partono dalla spiegazione teorica dei concetti fondamentali per la comprensione dello specifico argomento e proseguono descrivendo la procedura dell’esperienza di laboratorio. A seguito dell’esperienza laboratoriale, l’attività procede con l’analisi e l’interpretazione dei dati raccolti.

Periodo e luogo di svolgimento

I laboratori si terranno nelle prime tre settimane di Febbraio in orario pomeridiano (dalle 15:00 alle 18:00) presso il Dipartimento di Fisica e Scienze delle Terra dell’Università di Ferrara. Il calendario delle attività è in via di definizione.

Modalità di iscrizione alle singole attività

I docenti possono iscrivere i propri studenti, comunicando entro le festività natalizie al referente dell’attività, Dr. Giuseppe Ciullo (ciullo@fe.infn.it), le seguenti informazioni:

  •  nominativi degli alunni interessati;
  •  giorno/i di indisponibilità degli alunni stessi 
  •  due preferenze, in ordine di priorità, relativamente alle tematiche di interesse 

 

Verifica del Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Verifica del Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Gli studenti svolgeranno un’esperienza finalizzata alla verifica del principio di indeterminazione di Heisenberg. Nel laboratorio di ottica, tramite l’utilizzo di un laser e di una fenditura regolabile, interpreteranno le figure di diffrazione in termini del dualismo onda-corpuscolo della radiazione elettromagnetica. Per la verifica del principio di indeterminazione l’esperienza si propone di misurare le incertezze sulla posizione e sulla velocità trasversali del fascio laser. Gli studenti saranno guidati nelle operazioni di calibrazione degli strumenti, nell’esecuzione delle misure e nell’elaborazione dati.

Misura della costante di Planck con i LED

Misura della costante di Planck usando Diodi Emettitori di Luce (LED)

Dopo una introduzione alla fisica moderna e alla tecnologia LED, gli studenti saranno messi in condizione di misurare e rappresentare graficamente la caratteristica tensione-corrente di diversi dispositivi commerciali, arrivando a stimare la tensione di soglia di ciascuno di essi. Lo studio della dipendenza di questa dalla lunghezza d'onda permetterà una stima del valore della costante di Planck. Durante l'analisi si confronteranno i dati raccolti con i modelli, prestando attenzione alla trattazione consistente degli errori sperimentali.

Applicazioni della fluorescenza allo studio di opere d'arte

Applicazioni della fluorescenza allo studio di opere d’arte

Il fenomeno della fluorescenza, ben compreso e interpretato nel quadro della Fisica Quantistica, è alla base di diverse tecniche per lo studio di materiali. La caratteristica comune di queste tecniche è il fatto di non richiedere alcun prelievo, cosa che le rende particolarmente apprezzate quando gli oggetti di studio sono opere d’arte.
Verranno presentati esempi di fluorescenza da luce ultravioletta, suggestivi perché osservabili direttamente a occhio nudo, e verranno osservati gli spettri di raggi X prodotti per fluorescenza da pigmenti e da altri materiali artistici. Gli studenti impareranno a riconoscere un pigmento antico in base allo spettro X rivelato.

Studio dell'effetto fotoelettrico nei semiconduttori

L'effetto fotoelettrico nei semiconduttori

Livelli energetici e fenomeni quantistici

Gli studenti svolgeranno un'esperienza finalizzata all'osservazione dell'effetto fotoelettrico nei materiali semiconduttori. Verrà loro descritto come sono organizzati i livelli energetici degli elettroni all'interno dei solidi cristallini, in generale, soffermandosi poi sul caso particolare dei semiconduttori; fatto questo si passerà a descrivere come avvenga l'interazione tra la luce ed il materiale di tipo semiconduttore, interazione che è alla base del principio di funzionamento delle celle fotovoltaiche. In seguito, si svolgeranno misure di corrente generata da celle fotovoltaiche costruite usando diversi materiali di tipo semiconduttore, per osservare come la differente struttura microscopica dei livelli elettronici di ciascun semiconduttore influenzi la risposta macroscopica della cella.

Alla scoperta della radioattività che ci circonda

Alla scoperta della radioattività che ci circonda

Nell’opinione pubblica la parola radioattività assume spesso un’accezione negativa: ci si dimentica che essa è un fenomeno fisico naturale, le cui applicazioni tecnologiche hanno portato a straordinari miglioramenti della qualità della vita dell’umanità. In questo seminario la radioattività sarà raccontata con gli occhi degli scienziati, da sempre affascinati da questo fenomeno fisico. Durante questa attività gli studenti saranno accompagnati nella comprensione di uno dei fenomeni più affascinanti della fisica nucleare e realizzeranno in prima persona una misura di radioattività naturale impiegando uno spettrometro gamma a scintillazione connesso ad un tablet.

Magnetismo e nanostrutture

Magnetismo e nanostrutture

Lo scopo dell’esperienza è quello di presentare agli studenti quali siano le peculiarità delle nanostrutture magnetiche e come sia possibile caratterizzarne le proprietà. Dopo una breve introduzione, verrà spiegato come la dimensione nanometrica e la forma dei materiali possano influenzare le proprietà magnetiche dei materiali stessi, in particolare la forma del loro ciclo di isteresi. Verrà poi presentata la metodologia sperimentale per la caratterizzazione di tali materiali, che è basata sull’interazione tra luce visibile e materia; tale metodologia verrà poi utilizzata in laboratorio per la misura del ciclo di isteresi di un materiale nanostrutturato, così da verificare quanto visto nella parte introduttiva.

Laboratorio di Cosmologia

Laboratorio di Cosmologia

Lo stage mira a fornire agli studenti delle nozioni base di Cosmologia, con enfasi sulla radiazione cosmica di fondo (CMB), ovvero la radiazione elettromagnetica prodotta nell'Universo primordiale ed i cui residui lo permeano interamente. Alle lezioni teoriche saranno affiancate lezioni pratiche dove gli studenti saranno chiamati in prima persona (con la supervisione di tutor) ad analizzare i dati del satellite Planck dell’ESA con lo scopo di vincolare alcune proprietà del modello cosmologico standard.

Laboratorio di Fisica Teorica

Laboratorio di Fisica Teorica

Le leggi della fisica, dalla meccanica classica all'elettromagnetismo fino alla meccanica quantistica sono espresse come “equazioni differenziali”. Dopo una breve e semplice introduzione teorica a questo tipo di strumento matematico, usando un software dedicato verranno risolte al computer alcune equazioni differenziali già note agli studenti (come la legge di gravitazione universale di Newton) ed alcune semplici equazioni della fisica moderna (esempi tratti dalla relatività di Einstein). Gli studenti lavoreranno direttamente col software e saranno guidati nella risoluzione dei problemi e nella visualizzazione e analisi dei risultati.

Gli esperimenti chiave per la fisica quantistica: l'effetto fotoelettrico e l'esperimento di Franck e Hertz

Gli esperimenti chiave della fisica quantistica: l'effetto fotoelettrico e l'esperimento di Franck e Hertz.

Gli studenti affronteranno i due esperimenti chiave per la fisica quantistica.

L'Effetto Fotoelettrico

Tra la fine del 1800 e gli inizi del 1900 l'effetto fotoelettrico, ovvero l'emissione di elettroni, da un metallo irradiato da luce, per la fisica classica risultava inspiegabile. Fu Einstein, in un articolo pubblicato nel 1905, a estendere il concetto del "quanto di Planck" alla radiazione, attribuendole oltre a una definita energia, fissata dal "colore", la proprietà corpuscolare, quindi l'intensità della radiazione dipende dal numero di corpuscoli (fotoni) di quella data energia. Lo scambio energetico tra fotoni e elettroni, presenti nel metallo, risulta anch'esso "quantizzato", ovvero il fotone può cedere solo l'energia che ha, né più, né meno. Tale ipotesi risulta concorde alle osservazioni sperimentali. L'importanza di tale spiegazione è dimostrata dall'attribuzione del premio Nobel a ai contributi alla fisica teorica ad Einstein nel 1914, principalmente per avere spiegato l'effetto fotoelettrico.

L'Esperimento di Franck-Hertz

1914, i fisici James Franck e Gustav Ludwig Hertz dimostrano la quantizzazione dei livelli energetici degli atomi.
L'energia assorbita ceduta da elettroni accelerati agli atomi è quantizzata. Anche l'energia poi riemessa dagli atomi eccitati è quantizzata. In questo esperimento viene acquisita la curva della corrente attraverso un gas in funzione della tensione applicata per il neon, nonché eventualmente per il mercurio. Si osserva che l'assorbimento di energia degli elettroni liberi accelerati dagli elettroni legati negli atomi avviene in modo quantizzato. Nel caso nel neon è possibile osservare ad occhio nudo i fotoni, riemessi, come energia ceduta dagli elettroni negli atomi, che "cadono" da livelli atomici più alti a quelli più bassi. Osserveremo qualitativamente bande di emissione di radiazione per il Neon. L'importanza di tale esperimento è manifestata dall'attribuzione del premio Nobel a Franck e a Hertz nel 1925.

Interazione della radiazione gamma con la materia e applicazioni in medicina

Interazione della radiazione gamma con la materia e applicazioni in medicina

Le radiazioni ionizzanti sono utilizzate in numerosi ambiti della medicina sia per diagnostica che per terapia. Questa attività sperimentale si concentrerà sulla natura della radiazione gamma e i fenomeni che sono alla base dell'interazione con la materia.
In particolare l'esperienza consisterà nella misura dello spettro di emissione di una sorgente radioattiva e nella misura del coefficiente di assorbimento di alcuni materiali. Queste attività permetteranno di introdurre vari concetti di fisica moderna tra cui il dualismo onda-particella, il fotone, radioattività e decadimenti, l'interazione Compton e l'effetto fotoelettrico. Sarà quindi possibile comprendere come è possibile sfruttare queste conoscenze nell'ambito delle applicazioni medicali.

 

 

Laboratorio di lenti gravitazionali

Laboratorio di lenti gravitazionali

La teoria della Relatività generale di Einstein prevede che la luce venga deviata nel passaggio nelle vicinanze di corpi massicci (come stelle o galassie) che deformano lo spazio-tempo intorno a loro. Questo fenomeno ha portato alla scoperta delle lenti gravitazionali che sono tra gli strumenti più potenti dell’astrofisica moderna per studiare la distribuzione di materia oscura nell’Universo e le galassie più distanti amplificate ed ingrandite da questo effetto. Durante questa attività, verrà sfruttata una analogia molto stretta tra gli effetti ottici delle lenti gravitazionali e quelli prodotti da lenti opportunamente sagomate, per illustrare e capire questo fenomeno paragonando immagini del telescopio spaziale Hubble con quelle riproducibili con un banco ottico in laboratorio. Verrà anche simulato l’effetto di spostamento apparente delle stelle proiettate dietro il disco solare durante l’eclissi, riproducendo l’esperimento di Eddington del 1919, che portò alla prima eclatante verifica delle previsioni della teoria della gravità di Einstein.

Durante le scorse edizioni, hanno partecipato come Collaboratori Scientifici ai Laboratori di Fisica Moderna: Matteo Alberi, Marica Baldoncini, Ilaria Balossino, Pietro Bergamini, Paolo Bernardoni, Edgar Bonfiglioli, Enrico Calore, Paolo Cardarelli, Federico Chinni, Elisa Fioravanti, Francesco Forastieri, Giacomo Gadda, Isabella Garzia, Giuseppe Iacobellis, Anna Impallaria, Giulio Mezzadri, Diego Molinari, Michele Montuschi, Andrea Pesce, Linda Polastri, Virginia Strati, Melissa Tamisari, Flavia Tisato, Matteo Turisini, Enrico Virgili, Gerti XhiXha.

Lascia un commento o poni una domanda

La tua email non viene mai pubblicata o condivisa. I campi marcati con il simbolo * sono obbligatori.

*

Calendario

dicembre: 2018
L M M G V S D
« Mar    
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31