RICERCA

La Ricerca scientifica nel Dipartimento di Fisica

 

I docenti e i ricercatori del Dipartimento di Fisica collaborano con i ricercatori dell' INFN e del CNR nei più avanzati settori della fisica fondamentale e applicata. Astrofisica e Cosmologia, Fisica teorica, Fisica delle particelle elementari e Fisica della materia condensata, sono solo alcuni dei settori di ricerca presenti nel Dipartimento. Le attività principali di Ricerca teorica riguardano lo studio delle Teorie dei campi e di stringa e della Fenomenologia delle particelle elementari, dei nuclei e dei sistemi non lineari. L'attività di Ricerca sperimentale viene svolta nei principali laboratori internazionali sia per la Fisica agli acceleratori di particelle che per l' Astrofisica, la cosmologia e la fisica astro-particellare. Nei laboratori del Dipartimento di Fisica si studiano le Proprietà della materia condensata e dei sistemi biologici così come i Sistemi alla micro e nano scala. Queste attività di ricerca si avvalgono anche di esperimenti con luce di sincrotrone e neutroni presso le più avanzate infrastrutture internazionali.

 

Teoria dei campi e di stringa

L'attività di ricerca svolta in questo settore riguarda alcuni dei temi più attuali emersi recentemente nell' ambito della Fisica Teorica. In particolare, nel Dipartimento vi è un gruppo molto attivo nello studio della teoria delle Stringhe e della relazione tra questa e le teorie di Gauge in accoppiamento forte, ovvero la collezione di idee note come "corrispondenza olografica". Questa corrispondenza ha portato ad importanti previsioni sul comportamento del nuovo stato della materia, scoperto al RHIC di Brookhaven ed attualmente studiato all' LHC del CERN di Ginevra: il "quark-gluon-plasma". A Perugia c'è il coordinamento nazionale di un progetto di ricerca dell' INFN su questi argomenti: GAST (Gauge And String Theories). Viene anche studiato il comportamento quantistico dei micro-dispositivi in cui i moderni metodi della teoria di campo di bordo possono essere utili per comprendere nuove proprietà emergenti.

 

Fenomenologia delle particelle elementari, dei nuclei e dei sistemi non lineari

In Fisica Teorica l'interpretazione dei dati e la proposta di nuove indagini sperimentali costituiscono un fattore fondamentale di crescita scientifica. In particolare, le ricerche rivolte all'attività sperimentale di più alta energia riguardano il calcolo di sezioni d'urto protone-protone e di effetti dovuti ad una possibile struttura di quark e leptoni, rilevanti per la fisica di LHC; a energie intermedie viene studiata la struttura partonica dei nucleoni liberi e legati, con particolare interesse per i nuclei leggeri e le correlazioni nucleone-nucleone nel mezzo nucleare. Un altro tema importante è l'analisi delle proprietà di sistemi non lineari, anche al fine di progettare dispositivi nei quali possano essere evidenziate.

 

Fisica agli acceleratori di particelle

In questo settore, in cui l'Italia gioca un ruolo di primo piano nei più importanti laboratori internazionali dai tempi di Enrico Fermi, i docenti del Dipartimento di Fisica sono particolarmente attivi. Al CERN di Ginevra l'esperimento CMS misura gli effetti degli scontri protone-protone prodotti dall' acceleratore LHC per ricercare i componenti ultimi della materia. Sempre al CERN, l'esperimento NA62 studia l'asimmetria materia-antimateria nei sistemi del quark strange e dei mesoni K. Lo stesso tipo di studi avviene presso il laboratorio di SLAC dell' Università di Stanford in California nei sistemi del quark beauty e dei mesoni B. I docenti partecipano anche al progetto bandiera SuperB del Ministero dell' Istruzione, dell' Università e della Ricerca sempre per lo studio delle proprietà dei quark beauty.

 

Astrofisica, cosmologia e fisica astro-particellare

L'origine dell'Universo, l'evoluzione cosmologica, la relazione tra la fisica delle particelle elementari e l'astrofisica sono da sempre studiati dall'uomo. Nel Dipartimento di Fisica di Perugia esistono diverse attività legate a questo settore. L'esperimento AMS-02, installato nella stazione spaziale nel 2011, si occupa della ricerca dell'antimateria nello spazio. L'esperimento GLAST/Fermi, in orbita attorno alla terra, permette di studiare le sorgenti galattiche ed extragalattiche di raggi gamma. Nel laboratorio Virgo a Pisa si studiano le onde gravitazionali. Il progetto IRAIT dell' Osservatorio Astronomico dell' Università di Perugia ha permesso l'installazione del telescopio nell' infrarosso "Paolo Maffei" in Antartide. Studi teorico/sperimentali sui raggi cosmici, sull'evoluzione stellare e sui processi nucleari che avvengono all' interno delle stelle completano il panorama delle ricerche effettuate in questo settore.

 

Fisica della materia condensata e dei sistemi biologici

In questa linea di ricerca vengono studiate le proprietà strutturali e dinamiche di sistemi disordinati quali liquidi, vetri e materiali polmerici.Di particolare interesse sono le tematiche legate al damping acustico ed al fenomeno della transizione vetrosa. Vengono anche studiate le proprietà strutturali e dinamiche di biopolimeri (proteine e acidi nucleici) e delle loro interazioni, con particolare riferimento al ruolo del solvente nella struttura, alla dinamica e funzionalità di proteine, alla caratterizzazione degli stati denaturati di proteine globulari e alla proprietà dell'acqua di idratazione in sistemi modello. In tutti questi studi si fa uso di tecniche di laboratorio quali micro-calorimetria differenziale, spettroscopia di assorbimento, spettroscopia dielettrica, spettroscopia Brillouin e di fotocorrelazione, oltre che di spettroscopie legate all'uso di luce di sincrotrone o neutroni.

 

Fisica dei sistemi alla micro e nano scala

Questa linea di ricerca riguarda i sistemi micro- e nano-strutturati che potrebbero essere impiegati nelle future generazioni di dispositivi per la information and communication technology (ICT). In particolare le attività di ricerca riguardano i nanosistemi per l' harvesting dell' energia sfruttando la risonanza stocastica e gli effetti non lineari (Laboratorio NIPS), le nanostrutture magnetiche (film, multistrati, cristalli magnonici artificiali) per l'immagazzinamento ed il processo dell' informazione (Laboratorio GHOST), i materiali nanostrutturati ottenuti per cavitazione acustica in soluzioni liquide ed i solidi metallici sottoposti a diversi tipi di trattamenti termici e meccanici ed eventualmente drogati con impurezze leggere.