| 10593051 | COMPUTATIONAL BIOPHYSICS [INF/01] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Questo corso è pensato come una introduzione alla biologia e biofisica computazionale. Il corso è stato concepito come una proposta agli studenti per restringere la separazione tra il livello istituzionale dell'apprendimento e quello attivo della ricerca; è basato su tre tracce: i) ARGOMENTI (principi, idee); ii) METODI (algoritmi e tecniche computazionali); iii) PROSPETTIVE della biologia computazionale contemporanea. Riferimento e introduzioni critiche alla letteratura e a testi correnti saranno estensive e pensate come percorsi per lo studio individuale. Verrà fatto un certo sforzo nel collocare ogni tema discusso in un chiaro schema di riferimenti bibliografici per lo studio individuale, che sarà di aiuto nel preparare l'esame finale. Alla fine del corso alcuni ospiti presenteranno linee di ricerca originali di interesse per classi di studenti degli indirizzi di biosistemi, fisica della materia e teorico. Completando con successo il corso la studentessa/ente sarà in grado di orientarsi con successo nel mondo della biofisica computazionale a diverse scale (dalle molecole alle cellule), e di padroneggiare i principali algoritmi di computazione e analisi utilizzati nel campo.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Avere una prospettiva storico-critica della moderna biologia/biofisica computazionale
OF 2) Comprendere i fondamenti della moderna teoria evolutiva
OF 3) Acquisire una esperienza concreta di modelli di analisi dati basati sull'inferenza bayesiana
OF 4) Fare esperienza diretta dei principali database bioinformatici (SwissProt, pFam, PDB,…)
B – Capacità applicative
OF 7) Essere capaci di tradurre in pseudo-codici, almeno, i principali algoritmi di simulazione e analisi legati alla biofisica computazionale
OF 8) Migliorare la capacità di programmare in linguaggi di scripting (Python) o compilati (C/C++)
OF 9) Essere in grado di far girare una simulazione di dinamica molecolare di una proteina piccola su GROMACS
C - Autonomia di giudizio
OF 10) Essere in grado di valutare la qualità di un articolo scientifico
D – Abilità nella comunicazione
OF 11) Saper riportare i risultati di un progetto di ricerca alla classe dei partecipanti al corso
OF 12) Saper partecipare attivamente alle discussioni in aula (in italiano e/o inglese)
E - Capacità di apprendere
OF 13) Acquisire scioltezza nel consultare database specifici (es. PubMed, Google Scholar), per sostenere/rifiutare una ipotesi di ricerca
OF 14) Partecipare attivamente all'organizzazione di gruppi di auto-apprendimento
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| 10592734 | NONLINEAR AND QUANTUM OPTICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi Nel corso viene fornita allo studente la conoscenza dei principi fondamentali alla base dell’interazione tra radiazione e materia studiati dal punto di vista semi-classico e quantistico. Inoltre, il corso prevede lo studio della natura quanto-meccanica della luce e alla sua caratterizzazione in diversi regimi statistici. Il programma del corso è inoltre rivolto allo studio dell’ottica non-lineare e di alcune applicazioni pratiche dell’ottica quantistica.
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i fondamenti dell’ottica quantistica e dell’ottica non lineare
OF 3) Comprendere i fenomeni legati all’interazione tra radiazione e materia, sia da un punto di vista semi-classico che quantistico
B – Capacità applicative
OF 4) Saper utilizzare modelli semi-classici e quantistici per la comprensione di fenomeni legati all’interazione tra radiazione e materia.
OF 5) Saper applicare i principi base dell’ottica quantistica per la risoluzione di problemi semplici relativi alle conoscenze acquisite.
C - Autonomia di giudizio
OF 6) Essere in grado di giudicare quali fenomeni necessitano di una trattazione classica o quantistica della radiazione per essere compresi.
OF 7) Sviluppare doti di ragionamento quantitativo e abilità di “problem solving” che rappresentano la base per studiare, modellizzare, e comprendere fenomeni quantistici legati all’interazione tra radiazione e materia.
D – Abilità nella comunicazione
OF 8) Saper comunicare le conoscenze apprese attraverso la presentazione di un lavoro scientifico collegato ad un argomento particolare affrontato a lezione.
E - Capacità di apprendere
OF 9) Avere la capacità di consultare articoli scientifici nell’ambito dell’ottica quantistica.
OF 10) Avere la capacità di comprendere applicazioni pratiche che utilizzano i principi dell’ottica quantistica.
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| 10592732 | SOFT AND BIOLOGICAL MATTER [FIS/03] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI: Il corso "Soft and Biological Matter"
si propone di fornire le conoscenze necessarie per comprendere la struttura della materia soffice e biologica, nelle scale di lunghezza e tempi rilevanti.
Si studieranno le origini delle forze efficaci tra macromolecole, i processi di aggregazione
che risultano nella formazione di vescicole, micelle, membrane, i processi di formazione di
fasi gels, le proprieta' strutturali e dinamiche di polimeri sintetici e di rilevanza biologica (DNA e proteine). Al termine del corso, gli studenti svilupperanno doti di ragionamento quantitativo e abilità di risoluzione analitica utili per studiare, modellizzare e comprendere i fenomeni relativi alle proprietà dinamiche e strutturali della materia soffice e biologica.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere la fisica dei sistemi soffici e biologici
OF 2) Comprendere le forze energetiche ed entropiche
OF 3) Comprendere i meccanismi di aggregazione molecolare
OF 4) Comprendere la stabilita’ termodinamica ed i processi di separazione di fase in soft matter
B – Capacità applicative
OF5) Essere in grado di applicare tecniche/metodi imparati a nuovi problemi
C - Autonomia di giudizio
OF 6) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle nel contesto più generale della materia soffice e biologica
D – Abilità nella comunicazione
E - Capacità di apprendere
OF 7) Avere la capacità di consultare articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.
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| 10593225 | STATISTICAL MECHANICS AND CRITICAL PHENOMENA [FIS/02] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi Il corso discute la teoria della transizioni di fase e dei fenomeni
critici. Viene sviluppata in dettaglio la teoria del Gruppo di
Rinormalizzazione di sistemi statistici, sia per quel che riguarda il
cosiddetto gruppo di rinormalizzazione nello spazio reale che quello
nello spazio dei momenti. Il corso portera' a una consapevolezza delle
idee generali che sono alla base della teoria delle transizioni di
fase e a una padronanza delle tecniche dettagliate che consentono lo
sviluppo dei calcoli necessari.
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| 10599951 | GROUP THEORY IN MATHEMATICAL PHYSICS [MAT/07] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
L'obiettivo principale del corso è introdurre gli studenti alla teoria matematica delle rappresentazioni dei gruppi (gruppi discreti e gruppi di Lie compatti), integrandola in un approccio fisico-matematico ed enfatizzando il ruolo delle rappresentazioni delle simmetrie in termini di stati o di osservabili della teoria fisico-matematica. Questo approccio permette un immediato confronto tra teorie classiche (parentesi di Poisson) e teorie quantistiche (commutatori).
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF1) Conoscere i concetti fondamentali della teoria dei gruppi finiti e dei gruppi di Lie matriciali, e delle relative rappresentazioni lineari, unitarie e proiettive.
OF2) Conoscere la struttura matematica dei gruppi di Lie che appaiono più comunemente nelle teorie fisiche, e capire la relazione tra tali gruppi e le simmetrie della teoria.
OF3) Comprendere il ruolo delle simmetrie e dei gruppi di Lie nella formulazione delle teorie di campo (relativistiche).
OF4) Comprendere il linguaggio matematico delle forme differenziali, e la riformulazione mediante forme differenziali dell'elettromagnetismo.
B – Capacità applicative
OF 5) Essere in grado di calcolare le relazioni di commutazione tra i generatori dell'algebra di Lie di un dato gruppo di Lie; essere in grado di calcolare esplicitamente tali relazioni nel caso del gruppo delle rotazioni, del gruppo di Poincaré e del gruppo SU(3).
OF 6) Essere in grado di calcolare il prodotto tensoriale di due rappresentazioni del gruppo delle rotazioni, applicando il teorema di Wigner Eckart; essere in grado di applicare tali conoscenze alla fisica dei sistemi composti (es: molecole).
OF7) Essere in grado di determinare se una data forma differenziale è chiusa o esatta; essere in grado di tradurre i concetti relativi alle forme differenziali negli analoghi concetti classici (gradiente, rotore, divergenza) e viceversa.
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere capaci di leggere criticamente un testo avanzato sulle simmetrie.
OF 9) Essere capaci di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle nel contesto di diverse teorie fisiche, in connessione – ad esempio - con la fisica delle alte energie e con la fisica dello stato solido.
D– Abilità nella comunicazione
OF 10) Saper comunicare i temi legati alle simmetrie dei sistemi fisici, utilizzando in modo appropriato il linguaggio delle forme differenziali e dei gruppi di Lie.
E - Capacità di apprendere
OF 11) Capacità di consultare testi di livello avanzato e articoli scientifici, che abitualmente utilizzano il linguaggio matematico delle forme differenziali e dei gruppi di Lie.
OF 12) Capacità di "costruire" una teoria fisica implementando le simmetrie del sistema fisico sotto indagine, attraverso l'utilizzo di gruppi e algebre di Lie.
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| 10616466 | COMPUTATIONAL STATISTICAL MECHANICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi Il corso di Computational Statistical Mechanics si propone di fornire le conoscenze necessarie per comprendere e saper applicare le tecniche numeriche classiche di dinamica molecolare e Monte Carlo. Si studieranno i metodi che consentono di generare traiettorie nello spazio delle fasi per il campionamento di diversi insiemi statistici. Verranno illustrate tecniche di calcolo dell'energia libera e verrà spiegato come usare tali informazioni nella descrizione del diagramma di fase di atomi e molecole. Al termine del corso, gli studenti avranno sviluppato doti di ragionamento quantitativo e abilità numeriche utili per descrivere, studiare e comprendere un'ampia classe di sistemi sia ordinati che disordinati. Inoltre, lo studente sarà anche in grado di utilizzare i più comuni programmi attualmente disponibili per lo studio di sistemi complessi (inclusi i sistemi colloidali e bio-molecolari) avendo sviluppato una piena conoscenza degli algoritmi e delle tecniche numeriche su cui tali programmi sono costruiti. In tale corso, verrà data particolare enfasi alla programmazione ad oggetti e alla programmazione generica nell'implementazione di un codice di simulazione. Nello specifico, verrà introdotto il linguaggio di programmazione C++ moderno, che verrà discusso nel contesto delle simulazioni atomistiche. Si illustrerà anche l'utilizzo del Python, tramite le librerie NumPy e MatPlotLib, per l'analisi e la visualizzazione dei dati prodotti dalle simulazioni. Durante il corso sono previste anche delle lezioni pratiche durante le quali gli studenti potranno applicare le conoscenze acquisite tramite l'implementazione di loro codici di simulazione. Gli studenti verranno anche stimolati a presentare i risultati ottenuti in modo da mettere alla prove le proprie abilità di comunicare in maniera chiara ed efficace tali risultati. Lo sviluppo di un codice di simulazione numerica costituirà per lo studente un'opportunità per ideare e sviluppare un proprio progetto con cui potrà mostrare, portandolo a termine, il proprio livello di apprendimento e la capacità di utilizzare autonomamente le conoscenze acquisite nel corso.
OBIETTIVI
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere le principali tecniche per effettuare simulazioni al calcolatore.
OF 2) Conoscere la programmazione a oggetti con l’applicazione al calcolo scientifico.
OF 3) Conoscere i più comuni metodi di analisi dei dati prodotti dalle simulazioni.
OF 4) Comprendere i dati prodotti dalle simulazioni.
B – Capacità applicative
OF 5) Saper implementare un proprio codice di simulazione.
OF 6) Saper utilizzare le simulazioni per ottenere informazioni sulle proprietà fisiche dei sistemi studiati.
OF 7) Essere in grado di scrivere i codici per analizzare i dati prodotti dalle simulazioni.
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere in grado di analizzare criticamente i risultati di “esperimenti numerici”.
OF 9) Integrare autonomamente le conoscenze acquisite al fine di affrontare nuovi problemi che richiedano ulteriori tecniche numeriche.
OF 10) Saper individuare la tecnica migliore per risolvere e studiare un problema fisico numericamente.
D – Abilità nella comunicazione
OF 11) Saper comunicare con chiarezza a specialisti e non i risultati ottenuti
tramite manoscritti e presentazioni.
OF 12) Saper discutere in maniera chiara un argomento scientifico.
OF 13) Saper riprodurre i calcoli relativi ad un determinato argomento scientifico in maniera critica e consapevole.
E - Capacità di apprendere
OF 14) Avere la capacità di imparare nuovi algoritmi e tecniche numeriche attingendo dalla letteratura scientifica.
OF 15) Essere in grado di ideare e sviluppare un proprio progetto che consista nella scrittura di un codice di simulazione o nell’implementazione di una tecnica numerica.
OF 16) Saper superare difficoltà e imprevisti nell’implementazione di tecniche numeriche tramite idee e soluzioni originali.
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| 10616467 | COMPUTATIONAL SOLID STATE PHYSICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 1º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Lo scopo del corso “Computational Solid State Physics” è quello di fornire sia le conoscenze di base teoriche, sia una diretta conoscenza pratica dei due principali approcci numerici in uso per la soluzione del problema quantistico a molti corpi in materia condensata:
a) la teoria del funzionale densità, che permette di ottenere predizioni da principi primi di stati elettronici, energie strutturali e forze interatomiche in molecole e solidi;
b) i diversi metodi di Monte Carlo quantistico --- variazionale, diffusivo, basato sul path-integral --- che possono essere applicati allo studio numerico di sistemi quantistici a molti corpi (l'elio liquido o solido, il gas di elettroni, elettroni in atomi e molecole).
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere e comprendere i fondamenti della teoria Hartree-Fock (H-F).
OF 2) Conoscere e comprendere i fondamenti della teoria del Funzionale Densità (DFT).
OF 3) Conoscere e comprendere i fondamenti della teoria dello Pseudopotenziale (PPT)
OF 4) Conoscere e comprendere la teoria DFT+PPT dei sistemi cristallini
OF 5) Conoscere e comprendere il metodo Monte Carlo (MC) variazionale per particelle identiche
OF 6) Conoscere e comprendere il metodo “projection MC” per particelle identiche
OF 7) Conoscere e comprendere il metodo MC degli integrali su cammino (PIMC)
OF 8) Conoscere e comprendere il “problema del segno” per sistemi a molti fermioni identici
B – Capacità applicative
OF 9) Applicare DFT+PPT a sistemi di stato solido semplici (software Quantum Espresso)
OF 10) Applicare i diversi metodi Monte Carlo quantistici a sistemi semplici di molti bosoni o molti fermioni identici (scrittura di semplici codici C e uso di grandi codici FORTRAN pre-esistenti)
C - Autonomia di giudizio
OF 11) Essere in grado di valutare, per un solido o un fluido quantistico reale, quale o quali teorie e algoritmi presentati nel corso si adattano alla descrizione e/o predizione di quali proprietà fisiche
OF 12) Essere in grado di valutare la fattibilità, in termini di memoria e tempo CPU, di un progetto numerico di fisica molecolare o dei solidi
D – Abilità nella comunicazione
OF 13) Essere in grado di svolgere la presentazione dei risultati di un progetto teorico-numerico
OF 14) Essere in grado di scrivere un report conciso e professionale sui risultati di un progetto teorico-numerico
E - Capacità di apprendere
OF 15) Orientarsi e progredire autonomamente nella capacità di programmazione C
OF 16) Orientarsi e progredire autonomamente nell’uso di software e codici pre-esistenti
OF 17) Orientarsi e progredire nelle capacità di visualizzazione grafica dei propri risultati
OF 18) Orientarsi e progredire nella capacità di lettura di rassegne e articoli di ricerca
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| 1055361 | BIOPHYSICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI
La cellula batterica occupa nella fisica biologica lo stesso posto speciale che l'atomo di idrogeno occupa nella fisica della materia condensata, e per le stesse ragioni. I batteri sono i primi "atomi" di vita ad apparire nell'Universo conosciuto e tutto ciò che è fondamentale nella vita si ritrova nei batteri, nelle sue forme più semplici. Obiettivo del corso è quello indagare alcuni aspetti fondamentali dei sistemi viventi in un percorso che parte dai meccanismi interni con cui la cellula batterica "pensa" e agisce, passando per come la singola cellula si muove nell'ambiente fisico esterno e concludendosi con lo studio dei comportamenti collettivi di colonie batteriche. Tutti gli argomenti trattati nel corso prendono spunto dalla letteratura recente discutendone sia gli aspetti sperimentali che quelli di modellizzazione teorica.
OBIETTIVI SPECIFICI
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere e comprendere i fondamenti della regolazione genica nei procarioti e la dinamica delle reti trascrizionali.
OF 2) Conoscere e comprendere i fondamenti della dinamica dei fluidi a bassi Reynolds.
OF 3) Conoscere e comprendere le principali manifestazioni della natura fuori dall'equilibrio della materia attiva.
B – Capacità applicative
OF 4) Essere in grado di discutere il comportamento dinamico di un network trascrizionale.
OF 5) Essere in grado di risolvere alcuni problemi elementari di idrodinamica a bassi Reynolds.
OF 6) Essere in grado di modelizzare la dinamica stocastica di sistemi di particelle attive.
OF 7) Essere in grado di descrivere con modelli continui la crescita di colonie batteriche.
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Sfruttare le conoscenze acquisite per formulare modelli in grado di descrivere situazioni non trattate nel corso
D – Abilità nella comunicazione
OF 9) Saper comunicare per iscritto un concetto avanzato
OF 10) Saper presentare una linea di ricerca attuale nell’ambito della biofisica
E - Capacità di apprendere
OF 11) Avere la capacità di consultare autonomamente testi e articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.
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| 1055351 | COMPUTER ARCHITECTURE FOR PHYSICS [INF/01] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere gli elementi dell’architettura hardware e software dei calcolatori elettronici e comprendere il modo in cui questi interagiscono.
OF 2) Conoscere le tecniche per lo sviluppo di codice ottimizzato tenendo conto delle caratteristiche architetturali della piattaforma di esecuzione.
OF 3) Conoscere i fondamenti della progettazione logica dei circuiti digitali usando linguaggi di descrizione hardware (VHDL)
B – Capacità applicative
OF 4) Essere in grado di valutare le prestazioni relative all’esecuzione di un codice su una determinata architettura di calcolo.
OF 5) Essere in grado di sviluppare codice scientifico ottimizzato per una determinata architettura di calcolo.
OF 6) Essere in grado di selezionare l’architettura di calcolo più indicata per l’esecuzione di una determinata applicazione.
OF 7) Essere in grado di implementare un circuito per mezzo di codice VHDL e di simulare la sua risposta.
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle per le necessità di calcolo nella Fisica Sperimentale o Teorica.
D – Abilità nella comunicazione
E - Capacità di apprendere
OF 9) Essere in grado di tenersi aggiornati rispetto agli sviluppi delle architetture dei calcolatori elettronici
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| 1055348 | MATHEMATICAL PHYSICS [MAT/07] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi Obiettivi generali: acquisire conoscenze sugli argomenti fondamentali della Fisica Matematica e sui metodi matematici relativi.
Obiettivi specifici:
Conoscenza e comprensione: al temine del corso lo studente conoscerà le basi della teoria dei sistemi dinamici, la struttura matematica del formalismo hamiltoniano e della teoria delle perturbazioni, i metodi di base per lo studio dal punto di vista della Fisica Matematica di alcuni aspetti della Fisica Moderna (Meccanica Statistica o Meccanica Quantistica).
Applicare conoscenza e comprensione: Gli studenti che abbiano superato l'esame saranno in grado di: i) studiare problemi di stabilità dell’equilibrio; ii) utilizzare il metodo di Hamilton-Jacobi per la determinazione di integrali primi; iii) portare in variabili azione-angolo un sistema hamiltoniano integrabile; iv) applicare la teoria delle perturbazioni e i metodi ad essa collegati a specifici problemi fisici ottenendo informazioni qualitative e quantitative sul moto; v) affrontare in modo rigoroso alcuni problemi di Meccanica Statistica o di Meccanica Quantistica.
Capacità critiche e di giudizio: Gli studenti che abbiano superato l'esame avranno le basi per riconoscere un approccio di tipo fisico-matematico ai problemi e analizzare analogie e differenze rispetto all'approccio tipico della Fisica Teorica
Capacità comunicative: Gli studenti che abbiano superato l'esame avranno maturato la capacità di comunicare concetti, idee e metodologie della fisica matematica.
Capacità di apprendimento: le conoscenze acquisite permetteranno uno studio, individuale o
impartito in altri insegnamenti, relativo ad aspetti più specialistici dei metodi della fisica matematica.
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| 10592574 | NEURAL NETWORKS [FIS/02] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi Obiettivi generali:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Partendo dalla neurobiologia del sistema nervoso si concentrerà prima sui meccanismi che regolano le proprietà elettro-chimiche delle cellule nervose e delle loro connessioni fino a studiare la dinamica di popolazioni di reti di neuroni. La conoscenza acquisita sarà sulla fisica nonlineare e statistica di questo sistema confrontandola con il dato sperimentale.
OF 2) Gli studenti svilupperanno le competenze applicabili in generale nel campo della fisica teorica dei sistemi complessi e delle dinamiche nonlineari.
B – Capacità applicative
OF 3) Lo studente sarà in grado di comprendere le dinamiche di popolazioni neuronali alla base delle funzioni cognitive quali la decisione percettiva e la memoria a breve termine.
OF 4) Lo studente sarà in grado di applicare tecniche/metodi di analisi dei dati elettrofisiologici.
C - Autonomia di giudizio
OF 5) Grazie alla frequenza delle lezioni e alla regolare interazione durante le lezioni medesime, lo
studente svilupperà un’adeguata autonomia di giudizio, in quanto avrà modo di interfacciarsi
costantemente con il docente ed analizzare criticamente le informazioni apprese.
D – Abilità nella comunicazione
OF 6) Le competenze sulla neurobiologia del sistema nervoso consentiranno allo studente di affrontare interazioni con ambienti diversi da quello della fisica mettendolo nelle condizioni di avviare interazioni multidisciplinare nell’ambito delle scienze della vita.
E - Capacità di apprendere
OF 7) Lo studente avrà la capacità di valutare e risolvere varie problematiche di analisi dei dati e fisica dei sistemi complessi.
OF 8) Le conoscenze aquisite consentiranno allo studente di affrontare lo studio di articoli interdisciplinari sui fenomeni fisici alla base del comportamento del sistema nervoso.
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| 10592735 | NONLINEAR WAVES AND SOLITONS [FIS/02] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi Obiettivi Formativi:
Il corso si pone come obiettivo di portare lo studente ad una approfondita conoscenza e comprensione delle proprieta' matematiche di base i) della propagazione ondosa non lineare, in presenza o meno di dispersione o dissipazione; ii) della costruzione di modelli matematici non lineari di interesse fisico, attraverso il metodo multiscala, come le equazioni solitoniche, e delle tecniche matematiche per risolverli, arrivando ad introdurre temi di ricerca attuale nella teoria dei solitoni e delle onde anomale. Alla fine del corso lo studente dovra' essere in grado i) di applicare i metodi acquisiti a problemi di fisica non lineare anche diversi da quelli descritti a lezione, in fluidodinamica, ottica non lineare, teoria della gravitazione, ecc.., risolvendo problemi tipici della dinamica non lineare; ii) di integrare in modo autonomo le conoscenze acquisite nel corso attraverso la letteratura suggerita, per risolvere anche problemi non trattati, ma di suo interesse specifico. Lo studente dovra' essere in grado di saper comunicare in modo appropriato e corretto quanto imparato nel corso. Dovra' avere le capacita' di consultare materiale supplementare, articoli scientifici di interesse, avendo acquisito le giuste conoscenze e capacita' critiche per valutarne il contenuto e l'utilita' per i suoi interessi scientifici. Dovra' infine essere in grado di ideare e sviluppare un progetto di ricerca scientifica in autonomia. Per ottenere tali finalita', si intende coinvolgerlo, durante le lezioni ed esercitazioni, attraverso quesiti di natura generale e specifica, legati agli argomenti trattati; oppure attraverso la presentazione, in aula, di approfondimenti concordati col docente.
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| 10592565 | PHOTONICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Fornire le conoscenze di base per la comprensione dei meccanismi di generazione di impulsi ultrabrevi, della loro propagazione in mezzi lineari e non-lineari, e delle tecniche di caratterizzazione della loro durata, forma spettrale, profilo spaziale e polarizzazione. Dare esempi di applicazione di impulsi ultrabrevi allo studio di processi dinamici in fisica, chimica e biologia (switch molecolari, isomerizzazione retinale, fotolisi in emoproteine). Approfondire la conoscenza di nuove tecniche di imaging ottico dal livello micro/nanoscopico, illustrando la fenomenologia fisica ad esse connessa, discutendo possibili scelte strumentali e presentando esempi applicativi "hands on" direttamente in laboratorio.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i fondamenti e le applicazioni piu’ comuni della fotonica
OF 2) Comprendere i processi non lineari alla base della propagazione di impulsi luminosi nella materia
OF 3) Comprendere i principi della spettroscopia non-lineare formalizzati attraverso i diagrammi di Feynman
B – Capacità applicative
OF 4) Imparare ad applicare le equazioni per la propagazione in regime lineare e non a casi reali come impulsi in fibra ottica
OF 5) Risolvere problemi legati al calcolo delle sezioni d’urto per specctroscopie lineari e non
OF 6) Essere in grado di applicare tecniche numeriche per il calcolo dell’interazione radiazione-materia
C - Autonomia di giudizio
OF 7) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle successivamente a problemi complessi di natura fotochimica e fotobiologica
D – Abilità nella comunicazione
OF 8) Saper comunicare i passaggi salienti necessari alla soluzione di problemi elementari inerenti la spettroscopia e l’interazione con la materia in regime non lineare
E - Capacità di apprendere
OF 9) Avere la capacità di consultare autonomamente articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo gli argomenti introdotti durante il corso.
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| 1044819 | PHYSICS OF LIQUIDS [FIS/03] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Il corso di Fisica dei Liquidi si propone di fornire le conoscenze necessarie per comprendere gli stati disordinati della materia con particolare enfasi sulla connessione tra potenziale di interazione tra atomi e molecole e struttura del sistema. Verranno approfonditi i temi dei processi di ordinamento a corto raggio e la modellizzazione della dinamica atomica nella fase fluida e vetrosa. Al termine del corso, gli studenti svilupperanno doti di ragionamento quantitativo e abilità di risoluzione analitica utili per studiare, modellizzare e comprendere i fenomeni relativi alle materia soffice disordinata.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere la teoria classica dei fluidi, dalla modellizzazione di campo medio, fino alle teorie integrali e agli approcci perturbativi.
OF 2) Comprendere il significato fisico delle approssimazioni per la risoluzioni delle equazioni integrali.
OF 3) Conoscere come estrarre le proprietà statiche e dinamiche dallo studio di processi di scattering di raggi X e neutroni
OF 4) Conoscere il passaggio dalle teorie microscopiche al limite idrodinamico e l’effetto delle leggi di conservazione sulla dinamica delle fluttuazioni.
….
B – Capacità applicative
OF 5) Essere in grado di calcolare gli integrali di cluster che entrano nei coefficienti del viriale per semplici potenziali di interazione.
OF 6) Risolvere problemi di studio della struttura dei liquidi in presenza di campi esterni
OF 7) Essere in grado di applicare tecniche perturbative al primo ordine
…
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere in grado di comprendere i risultati di esperimenti e simulazioni su liquidi semplici e complessi.
OF 9) Saper giudicare quale chiusura integrale è più adeguata per un determinato problema.
…
D – Abilità nella comunicazione
OF 10) Saper comunicare il risultato di simulazioni numeriche di liquidi semplici.
E - Capacità di apprendere
OF 11) Avere la capacità di consultare autonomamente testi e articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.
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| 1055684 | SPECTROSCOPY METHODS AND NANOPHOTONICS [FIS/03] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
l corso di "Nanofotonica e Metodi Spettroscopici" si propone di fornire le conoscenze necessarie sulle tecniche spettroscopiche e di nanofotonica nella materia condensata per comprendere le caratteristiche dei materiali dal punto di vista dei gradi di libertà elettronici, reticolari e vibrazionali sia all’equilibrio che fuori equilibrio. Diverse tecniche spettroscopiche: scattering dei neutroni, scattering e assorbimento della radiazione elettromagnetica verranno studiate all’interno dello stesso formalismo della matrice di scattering S e del teorema della risposta lineare. Si capirà come da queste tecniche è possibile studiare lo spettro delle eccitazioni fondamentali nella materia condensata quali lo spettro fononico, l’assorbimento elettronico di particella libera, gli effetti della transizione superconduttiva nelle proprietà elettromagnetiche, le transizioni vibrazionali nei liquidi e nei sistemi biofisici. Al termine del corso, gli studenti svilupperanno doti di ragionamento quantitativo e abilità di risoluzione analitica utili per studiare, modellizzare e comprendere i fenomeni relativi alle proprietà elettroniche e vibrazionali della materia condensata.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i fondamenti delle differenti spettroscopie nell’ambito della risposta lineare
OF 2) Comprendere come ricavare gli lo spettro delle eccitazioni rilevanti di liquidi densi e diliuti e solifìdi cristallini.
OF 3) Comprendere i principi dell’interazione tra radiazione e materia neutroni materia
B – Capacità applicative
OF 4) Imparare a scegliere la tecnica spettroscopica più vantaggiosa per lo studio di specifici problemi di materia condensata
OF 5) Comprendere la complementarietà tra le tecniche spettroscopiche
OF 6) Essere in grado di comprendere le potenzialità e le limitazioni sperimentali delle varie tecniche considerate
C - Autonomia di giudizio
OF 7) Essere in grado di integrare le conoscenze acquisite al fine di applicarle successivamente nel contesto più generale della fisica della materia condensata
D – Abilità nella comunicazione
OF 8) Saper comunicare i concetti base delle diverse tecniche spettroscopiche e i risultati potenzialmente ottenibili nei vari ambiti.
E - Capacità di apprendere
OF 9) Avere la capacità di consultare autonomamente testi di base e in qualche caso articoli scientifici al fine di approfondire in modo autonomo alcuni argomenti introdotti durante il corso.
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| 10592572 | THEORETICAL BIOPHYSICS [FIS/02] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
L’obiettivo principale del corso di Biofisica Teorica e’ di mostrare come la meccanica statistica sia di importanza fondamentale per una comprensione quantitativa di molti
fenomeni biologici. A tal fine il corso si concentra su due aspetti molto generali presenti in una grande varietà di processi biologici: il ruolo del rumore e il rapporto
segnale/rumore; e l’emergenza di fenomeni collettivi.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Lo studente acquisira’ conoscenze fondamentali di meccanica statistica, processi stocastici elementari, fenomeni critici e inferenza statistica, atte alla caratterizzazione di fenomeni dinamici in presenza di rumore.
OF 2) Lo studente imparera’ la fenomenologia di vari processi biologici quali chemorecezione e
chemotassi, fotorecezione, proteine e reti neurali, materia attiva vivente e comportamenti di gruppo.
OF 3) Lo studente acquisira’ nozioni di modellizzazione dei fenomeni analizzati
….
B – Capacità applicative
OF 4) Lo studente imparera’ ad applicare concetti e modelli teorici allo studio di fenomeni biologici precedentemente caratterizzati sperimentalmente. Imparera’ altresi’ a come costruire modelli partendo dai dati sperimentali.
…
C - Autonomia di giudizio
OF 5) Lo studente dovra’ essere in grado di declinare approcci teorici astratti derivanti dalla fisica statistica a specifiche fenomenologie di comportamento in sistemi biologici
…
D – Abilità nella comunicazione
…
E - Capacità di apprendere
OF 6) Avere la capacità di consultare e interpretare letteratura scientifica sia di carattere prettamente teorico, sia con analisi sperimentali, in un contesto altamente interdisciplinare.
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| 1044546 | MOLECULAR BIOLOGY [BIO/11] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Il corso di Biologia Molecolare è progettato allo scopo di fornire agli studenti le basi concettuali e metodologiche necessarie per studiare i meccanismi molecolari che regolano l'espressione genica in condizioni fisiologiche e patologiche. Oltre alle conoscenze sulla struttura e metabolismo degli acidi nucleici, il corso introdurrà le più rilevanti tecniche di clonaggio del DNA, manipolazione del DNA e dell'RNA e le applicazioni dell'Ingegneria Genetica alla ricerca di base e alla biomedicina. Gli argomenti discussi includeranno anche la generazione di nuove tecnologie di sequenziamento e del loro impatto nell’annotazione di classi emergenti di RNA non codificanti, tra cui long noncoding RNA e RNA circolari (verranno utilizzati esempi pratici tratti dalla letteratura recente). Il corso comprenderà lezioni e seminari. Alla fine del corso, gli studenti saranno in grado di applicare le conoscenze acquisite allo studio dei meccanismi di base dell'espressione genica, nonché di processi complessi come lo sviluppo, la divisione cellulare ed il differenziamento, e di sfruttarli per un uso pratico sia nella ricerca di base che applicata.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) conoscere i meccanismi di regolazione dell'espressione genica e le modalità tecnologiche a disposizione per intervenire su di essa;
OF 2) conoscere la struttura e la funzione del genoma nell'uomo e nei principali sistemi modello;
OF 3) conoscere l'origine e il mantenimento della complessità biologica;
OF 4) comprendere l'influenza delle moderne tecnologie di sequenziamento per una migliore descrizione e per lo studio delle dinamiche del trascrittoma nell'uomo e nei principali sistemi modello;
OF 5) comprendere la rete di interazioni tra le molecole biologiche nei meccanismi di regolazione dell'espressione genica.
B – Capacità applicative
OF 6) Saper discriminare le tecniche da applicare a seconda delle diverse problematiche da affrontare nel campo della biologia molecolare
C - Autonomia di giudizio
OF 7) Essere in grado di utilizzare la terminologia specifica;
OF 8) Saper interpretare i fenomeni biologici in un contesto multi-scala e multifattoriale;
OF 9) Saper interpretare i risultati degli studi genomici
D – Abilità nella comunicazione
OF 10) Saper riportare articoli già presenti in letteratura sotto forma di presentazione orale
E - Capacità di apprendere
OF 11) Avere la capacità di cercare e consultare la letteratura scientifica sui principali database biologici
OF 12) Avere la capacità di valutare l'importanza e il rigore di dati scientifici pubblicati
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| 10611918 | ADVANCED MACHINE LEARNING FOR PHYSICS [FIS/01] [ENG] | 1º | 2º | 6 |
Obiettivi formativi OBIETTIVI GENERALI:
Acquisire familiarità con tecniche avanzate di deep learning basato su modelli di reti neurali differenziabili con paradigmi di apprendimento supervisionato, non supervisionato e rinforzato; acquisire competenze di modellizzazione di problemi complessi, attraverso tecniche di deep learning, e saperle applicare a contesti applicativi diversi nei campi della fisica, della ricerca scientifica di base e applicata.
Gli argomenti trattati includono: richiami generali sul Machine Learning, reti neurali differenziabili, tecniche di regolarizzazione. Convolutional neural network, neural network per analisi di sequenze (RNN, LSTM/GRU, Transformers). Tecniche avanzate di apprendimento: transfer learning, domain adaptation, adversarial learning, self-supervised and contrastive learning, model distillation.
Graph Neural Networks (statici e dinamici) e applicazione a modelli strutturati per la fisica: modelli dinamici, simulazione di fluidi complessi, GNN Hamiltoniani e Lagrangiani. Modelli generativi e variazionali: variational mean-field theory, expectation maximization, modelli energy based e maximum entropy (Hopfield networks, Boltzman machines and RBM), AutoEncoders, Variational AutoEncoders, GANs, Autoregressive flow models, invertible networks, modelli generativi basati su GNN. Reti Neurali quantistiche.
OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscenza sul funzionamento delle reti neurali e loro interpretazione matematica come approssimatori universali
OF 2) Comprensione dei limiti e delle potenzialità di modelli avanzati di deep learning
OF 3) Compresione dei limit e delle potenzialità dell’uso del DL nel risolvere problemi di fisica
B – Capacità applicative
OF 4) Progettazione, implementazione, messa in esercizio e analisi di architetture di deep learning per risolvere problemi complessi in divers ambiti applicativi della fisica e della ricerca scientifica
C - Autonomia di giudizio
OF 5) Essere in grado di valutare le prestazioni di diverse architetture, e di valutare la capacità di generalizzazione delle stesse
D – Abilità nella comunicazione
OF 6) Essere in grado di comunicare con chiarezza la formulazione di un problema di apprendimento avanzato e la sua implementazione, la sua applicabilità in contesti realistici
OF 7) Essere in grado di motivare le scelte architetturali e di regolarizzazione alla base di un modello di DL
E - Capacità di apprendere
OF 8) Essere in grado di apprendere tecniche alternative e più complesse
OF 9) Essere in grado di implementare tecniche esistenti in maniera efficiente, robusta e affidabile
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