Insegnamento COSMOLOGIA E ASTROPARTICELLE
| Nome del corso di laurea | Fisica |
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| Codice insegnamento | GP005481 |
| Curriculum | Astrofisica e astroparticelle |
| Docente responsabile | Nicola Tomassetti |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2025 |
| Erogato | Erogato nel 2026/27 |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | FIS/05 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano o Inglese a seconda della presenza di studenti stranieri. |
| Contenuti | Fondamenti osservativi della cosmologia e principi cosmologici. Cosmodinamica newtoniana e relativistica. Metrica di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker ed equazioni di Friedmann. Modelli cosmologici e parametri fondamentali. Cosmografia, redshift e scale di distanza. Fisica dell'universo primordiale. Ricombinazione e radiazione cosmica di fondo. Nucleosintesi primordiale. Materia oscura e aspetti di astroparticelle. Ricerca di antimateria e osservazioni di raggi gamma, neutrini e raggi cosmici. Problemi aperti della cosmologia moderna. Introduzione all'inflazione cosmica. |
| Testi di riferimento | Bergstrom & Goobar, Cosmology and Particle Astrophysics. Weinberg, Gravitation and Cosmology. Grupen, Astroparticle Physics. Il materiale delle lezioni con riferimenti a varie risorse disponibili in rete verrà reso disponibile lungo il corso dell'anno sulla piattaforma Unistudium. |
| Obiettivi formativi | Il corso si propone di fornire agli studenti un quadro coerente dei modelli cosmologici moderni e dell’evoluzione dell’Universo, mettendo in relazione teoria, osservazioni e fisica fondamentale. Verranno approfondite le principali evidenze sperimentali a supporto del modello cosmologico standard e le connessioni tra cosmologia e fisica delle particelle e astroparticelle, con particolare attenzione ai problemi aperti della cosmologia contemporanea e ai loro possibili sviluppi teorici e osservativi. |
| Prerequisiti | Conoscenze di base di relatività ristretta e di fisica subatomica sono necessarie per una piena comprensione dei contenuti del corso. |
| Metodi didattici | Il corso si articola in lezioni frontali della durata di 2 ore ciascuna. |
| Altre informazioni | Sebbene non obbligatoria, la frequenza delle lezioni è fortemente raccomandata. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L’esame consiste in un colloquio orale della durata di circa 45–60 minuti, durante il quale verranno discussi i principali argomenti trattati nel corso. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA si rimanda alla pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Fondamenti osservativi della cosmologia, studio dell’universo, principio copernicano, principio cosmologico. Espansione dell’Universo e legge di Hubble-Lemaître. Cosmodinamica newtoniana con derivazione delle equazioni di evoluzione e dell’equazione del fluido cosmico. Cosmologia relativistica: richiami di relatività ristretta e elementi di relatività generale necessari alla descrizione dell’Universo su larga scala. Tensore energia-impulso per un fluido perfetto. Metrica di Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker e derivazione delle equazioni di Friedmann a partire dalle equazioni di Einstein. Modelli cosmologici e parametri fondamentali: soluzioni delle equazioni di Friedmann nei casi dominati da materia, radiazione e costante cosmologica. Universi curvi e piatti. Parametri di densità e modello ¿CDM. Cosmografia: redshift cosmologico e sue interpretazioni fisiche. Definizione dei tempi cosmici (tempo conforme e tempo di lookback). Distanze cosmologiche (comovente, propria, di luminosità e angolare), orizzonti cosmologici e dimensione dell’Universo osservabile. Cosmologia dell’Universo primordiale: evoluzione termica dell’Universo caldo, disaccoppiamento delle specie relativistiche e gradi di libertà efficaci. Ricombinazione e formazione della radiazione cosmica di fondo, con cenni alle anisotropie e alle principali proprietà statistiche. Nucleosintesi primordiale e produzione degli elementi leggeri. Materia oscura e fisica astroparticellare: problema della materia oscura e dell’asimmetria materia-antimateria. Ricerca di antimateria primordiale. Determinazione della densità di reliquia della materia oscura tramite meccanismo di freeze-out. Metodi di ricerca diretta e indiretta della materia oscura. Ruolo di neutrini cosmologici, raggi cosmici e raggi gamma nella fisica astroparticellare. Problemi aperti della cosmologia moderna e introduzione ai meccanismi di inflazione cosmica come soluzione ai problemi dell’orizzonte, della piattezza e della formazione delle perturbazioni primordiali. |
| Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile | Il corso contribuisce alla comprensione di tematiche legate alla conoscenza scientifica fondamentale e allo sviluppo di competenze critiche nell’analisi di modelli fisici complessi. In particolare, si inserisce nell’ambito dell’Obiettivo 4 (Istruzione di qualità), promuovendo una formazione avanzata in fisica teorica e astrofisica. |