Insegnamento FISICA DEI RAGGI COSMICI
| Nome del corso di laurea | Fisica |
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| Codice insegnamento | GP005486 |
| Curriculum | Astrofisica e astroparticelle |
| Docente responsabile | Emanuele Fiandrini |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2019 |
| Erogato | Erogato nel 2020/21 |
| Erogato altro regolamento | |
| 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 |
| Contenuti | Struttura della galassia, composizione. Raggi cosmici: equazione di propagazione per i nuclei e le particelle leggere. Meccanismi di perdita di energia e processi radiativi. Meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici. Rivelazione diretta e indiretta dei raggi cosmici. Stato dell'arte della fisica dei raggi cosmici. |
| Testi di riferimento | High energy astrophysics, Longair, Cambridge University press. Astrofisica dele alte energie, Vietri, Bollati Boringhieri. Radiative Processes in astrophysics, Rubicky Lightman, Wiley. Particles and Astrophysics, Spurio, Springer. Dispense delle lezioni. |
| Obiettivi formativi | Le principali conoscenze acquisite saranno: conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi astrofisici, caratteristiche fondamentali della fisica dei raggi cosmici, caratteristiche fondamentali delle tecniche sperimentali di rivelazione dei raggi cosmici. Le principali abilita' saranno: interpretare i risultati sperimentali piu' recenti, identificare le caratteristiche salienti dei processi responsabili della accelerazione e propagazione dei raggi cosmici. |
| Prerequisiti | Fisica classica generale, Elettromagnetismo, termodinamica, relativita' speciale, fisica atomica e nucleare, rivelatori di particelle. |
| Metodi didattici | Lezioni frontali |
| Altre informazioni | emanuele.fiandrini@pg.infn.it |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Esame orale con presentazione di una tesina su un argomento del corso. Durata media 60 min. |
| Programma esteso | Introduzione: generalita', spettro della radiazione elettromagn. (radio,...., gamma, radiazione da sorgenti puntiformi e diffusa), raggi cosmici: spettro, proprieta’e alcune problematiche (dark matter, dark energy, ultra high energy cosmic rays,...) dell'astrofisica. Mezzo interstellare e galassia: generalita', composizione, campi magn., cenni di processi atomici (e.g. emissione 21 cm da HI e H molecolare). Raggi cosmici: spettro, origine (SN, pulsar,...), equazione di diffusione e trasporto, soluzioni dell'equ. (e.g. leaky box et al.), composizione, connessione con l'emissione elettromagnetica da particelle sotto 10 GeV nello ISM. Idrodinamica astrofisica. idrodinamica non relativistica:equazioni del moto, fluidi ideali, formulazione conservativa dell’idrodinamica, discontinuita’ (onde di shock), relazioni di Rankine-Hugoniot, termodinamica degli shock, flussi stazionari. Applicazioni: evoluzione SNR, jet astrofisici, modello di Blandford-Rees, stabilita’ e morfologia dei jet; venti stellari, shock di terminazione, sfera isoterma e cluster globulari. Idrodinamica relativistica: tensore energia impulso, equazioni costitutive. Applicazioni: esplosione forte, modelli di gamma ray bursts (GRB). Magnetoidrodinamica (non relativistica): cenni sui plasmi, equazioni costitutive, modello a due fluidi magnetizzati, gallegiamento magnetico, riconnessione, onde magneto-soniche, shock magnetoidrodinamici, relazioni di Taub. Processi di perdita e di emissione elm: ionizzazione. Bremsstrahlung non relat. e relativistica, cenni di trattazione QED, applicazione ad una distribuzione maxwelliana non relativistica di elettroni e ad una distribuzione relat. con una legge di potenza. Equazione di trasporto dell'energia (emissivita' e assorbimento) e applicazione alla bremss di bassa frequenza. Scattering Thomson, Compton, Compton inverso, calcolo dettagliato dello spettro di frequenza di una popolazione di elettroni relativistici con legge di potenza, comptonizzazione, cenni sull'equ. di kompaneets. Radiazione di sincrotrone: emissione, spettro da una popolazione di elettroni, distribuzione angolare e di frequenza, applicazioni astrofisiche (connessioni con lo spettro di particelle che emettono e campi magn. nell' ISM. Processi nucleari: produzione di gamma e spallazione. Decelerazione adiabatica (e.g. vento solare) Creazione di coppie, fotoionizzazione (cenni) Processi di accelerazione (5 ore): onde di shock, meccanismi di Fermi, accelerazione diffusiva da onde di Alfven, casi astrofisici: SN remnants, pulsars. Eliosfera e magnetosfera (7 ore): struttura, proprieta', particelle. Rivelatori (12 ore): per High Eenergy Particles, per X- e gamma- ray. telescopi per X, gamma, neutrini e CR (case studies: AMS02 e GLAST) rivelatori e telescopi per astronomia X, ottica, IR, Radio. |