La fisica moderna ha aperto la strada alla conoscenza dettagliata dei fenomeni atomici e nucleari che costituiscono oggigiorno i fondamenti di sempre maggiori applicazioni tecnologiche. I principi fisici che ne stanno alla base rappresentano pertanto un importante bagaglio culturale trasversale a diversi corsi di laurea ingegneristici. L'insegnamento ha come obiettivo l'introduzione e la comprensione delle principali proprietà della fisica moderna, della struttura e dell'interazione nucleare, delle reazioni nucleari e delle particelle elementari. Le lezioni prevedono approfondimenti di carattere multidisciplinare relativi alla fisica atomica e nucleare, dando particolare enfasi alla descrizione delle evidenze sperimentali ed alle diverse applicazioni ingegneristiche connesse al campo dell'energia, dello spazio, dell'industria, dell'ambiente e della biomedicina.

Al termine dell'insegnamento gli studenti saranno in grado di: - Conoscere e comprendere i principi fisici della fisica moderna, della meccanica quantistica e della relatività ristretta. - Conoscere e comprendere i principi fisici legati all'interazione nucleare ed alle particelle elementari. - Conoscere ed applicare le principali leggi di conservazione alle reazioni nucleari. - Conoscere e comprendere nel dettaglio la natura dei decadimenti radioattivi e le principali fonti di radioattività ambientale. - Conoscere le principali caratteristiche della propagazione della radiazione all'interno della materia al fine di comprendere diverse applicazioni tecnologiche con particolare attenzione al campo dell'energia e dello spazio. - Conoscere e comprendere le principali applicazioni energetiche relative alla fissione e fusione nucleare. - Applicare le conoscenze di natura teorica acquisite per risolvere esercizi pratici relativi alle diverse tipologie di reazioni nucleari - Applicare le conoscenze acquisite per comprensione delle principali applicazioni ingegneristiche e tecnologiche connesse con i fenomeni subatomici trattati. - Capacità di combinare elementi teorici e sviluppo di competenze metodologiche per trarne conclusioni utili in diverse problematiche reali, principalmente connesse con la radiazione nucleare e la radioattività ambientale.

Per la corretta fruizione dell’insegnamento è richiesta una buona conoscenza della fisica di base: meccanica, termodinamica, elettromagnetismo.

L'insegnamento è organizzato in 3 moduli: - I modulo (30 ore) Principi di relatività ristretta ed equivalenza di Einstein tra massa ed energia. Elementi di cinematica e dinamica in reazioni nucleari. Principi della meccanica quantistica. Modelli atomici. Esperimenti ed applicazioni scientifiche e tecnologiche. Evidenze sperimentali dell'esistenza del nucleo. Sezione d'urto totale e differenziale. Dimensione, forma e densità del nucleo. Stabilità del nucleo, energia di legame nucleare, formula semiempirica di massa, modello a goccia. Proprietà generali delle reazioni nucleari e delle forze nucleari. Evidenze sperimentali ed applicazioni scientifiche e tecnologiche. - II modulo (16 ore) Legge statistica dei decadimenti radioattivi, radioattività ambientale, principali unità di misura della radiazione, esempi ed applicazioni. Decadimenti radioattivi alfa, beta e gamma. Interazione e diffusione di particelle cariche nella materia. Applicazioni scientifiche, energetiche, aerospaziali, biomediche. - III modulo (14 ore) Principi fisici della fissione e fusione nucleare, principali reazioni di fusione termonucleare nelle stelle ed in reattori terrestri. Nucleosintesi primordiale ed evoluzione stellare. Introduzione alle particelle elementari.

L'insegnamento è strutturato in: - 45 ore di lezioni in aula, mirate allo sviluppo di conoscenze relative ai principi fisici dell'interazione nucleare. Le lezioni sono strutturate al fine di favorire la comprensione dei vari argomenti introducendo la trattazione teorica e modellistica in stretta connessione con le evidenze sperimentali e con le possibili applicazioni tecnologiche ed industriali. - 15 ore di esercitazioni in aula focalizzate a stimolare l'abilità di applicare le conoscenze acquisite nella risoluzione di semplici problemi, nella modellizzazione e nell'analisi critica di realistici problemi applicativi.

- G.N. Felder, K.M. Felder, Modern Physics, Cambridge University Press (2023) - W.N. Cottingham, D.A. Greenwood, An Introduction to Nuclear Physics, Cambridge University Press (2001) - R.L. Jaffe, W. Taylor, The Physics of Energy, Cambridge University Press (consigliato per approfondimenti) - J. Lilley, Nuclear Physics, Principles and Applications, Wiley (consigliato per approfondimenti) - Dispense fornite dal docente sul portale della didattica.

Slides; Dispense; Esercizi; Esercizi risolti; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di collaborazione tra studenti;

E' possibile sostenere l’esame in anticipo rispetto all’acquisizione della frequenza

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

Exam: Written test; Optional oral exam;

... L'esame è finalizzato a verificare le competenze di cui sopra (cfr Risultati dell'apprendimento attesi), accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma, con la comprensione delle connesse applicazioni tecnologiche, e la capacità di elaborare le nozioni teoriche acquisite per la soluzione di problemi reali. L'esame comprende uno scritto ed un orale facoltativo. Lo scritto consiste in problemi simbolici/numerici e domande di teoria a risposta aperta su tutto il programma, al fine di accertare la capacità di risoluzione di quesiti e calcoli, di verificare un’adeguata conoscenza dei principi di fisica moderna e dell’interazione nucleare, anche in stretta connessione con le applicazioni tecnologiche ed industriali. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 1 ora e 45 minuti e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18/30; il punteggio massimo conseguibile con lo scritto è pari a 30/30. Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile per la soluzione di problemi numerici. Sul portale della didattica verranno caricati diversi esempi di prove d'esame, alcune con tracce di soluzioni. Nell’ambito delle lezioni, verrà svolta una simulazione di prova scritta con commenti e correzione dei quesiti. La prova orale è facoltativa, salvo discrezione del docente che convocherà singolarmente gli studenti che necessitano una prova orale integrativa. L'orale riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, al fine di accertare la comprensione dei fenomeni nucleari, della radiazione e connesse applicazioni tecnologiche. L’eventuale prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Il voto finale consiste nella media aritmetica della valutazione conseguita nella prova scritta e nell'orale.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.