Insegnamento obbligatorio per la Laurea Magistrale in Physics of Complex Systems, collocato al II pd del I anno.
In questo insegnamento viene approfondita la conoscenza della fisica statistica, iniziata in Introduction to quantum mechanics, quantum statistics and field theory, con particolare attenzione alle sue applicazioni alla fisica dei sistemi biologici. A questo scopo si introducono anche alcuni elementi di base della biologia molecolare.

Lo studente deve acquisire una conoscenza approfondita della fisica statistica, delle sue metodologie e delle sue relazioni con la teoria dell'informazione. Deve inoltre acquisire alcuni elementi di base della biologia molecolare e deve imparare ad applicare le tecniche della fisica statistica ad alcuni problemi di fisica dei sistemi biologici, in particolare nel campo dei biopolimeri.

Elementi di base della fisica statistica, in particolare dell'ensemble canonico.

Partition function, free energy, entropy. Entropy and information.
Ideal systems. Interacting systems: Ising model and phase transition.
Approximate methods for interacting systems: mean field and generalizations: Bethe-Peierls and belief propagation.
Low and high temperature expansions. Duality. Free energy of the two-dimensional Ising model.
The XY model in 2 dimensions.
An introduction to the position space renormalization group.

Introduction to molecular biology: the cell, small molecules, proteins and nucleic acids.
Stretching a single DNA molecule: experiments, the Freely Jointed Chain, the one-dimensional cooperative chain, the worm-like chain.
DNA melting: experiments, zipper model, Poland-Scheraga model.
The helix-coil transition.
Polymer collapse: Flory's theory.
Collapse of semiflexible polymers: lattice models and the tube model.
The self-avoiding walk and the O(n) model.
An introduction to protein folding and design.
RNA folding and secondary structure.
Protein and RNA mechanical unfolding.
Molecular motors.
Physics of genetic regulation.
Self-assembling bilayer membranes.

M. Plischke and B. Bergersen, Equilibrium statistical physics, World scientific
R.K. Pathria and P.D. Beale, Statistical mechanics, Academic Press
L. Peliti, Statistical mechanics in a nutshell, Bollati Boringhieri
J.P. Sethna, Entropy, order parameters and complexity, Clarendon
K. Sneppen and G. Zocchi, Physics in molecular biology, Cambridge
P. Nelson, Biological Physics, Freeman
B. Alberts et al, Molecular biology of the cell, Garland

Lecture notes and slides will be provided

L'esame consisterà in una prova orale sul programma del corso, o in alternativa nella discussione di un approfondimento svolto dallo studente su un argomento inerente il programma.