1) Fisica della Materia -Meccanica statistica

 

Metodi di teoria dei campi per sistemi elettronici correlati: dalla teoria agli sperimenti

Docente/i: Benfatto Lara  -Lara.Benfatto@roma1.infn.it ISC-CNR, Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: gennaio-febbraio 2018 /

Nel corso si discuteranno tecniche avanzate di teoria dei campi per lo studio delle proprietą di sistemi elettronicicorrelati, che sono accessibili sperimentalmente tramite diverse tecniche spettroscopiche e di trasporto. Verrannodiscusse varie categorie di materiali innovativi oggetto della ricerca contemporanea, dai superconduttori di vecchia e nuova generazione, al grafene e ai materiali con forte spin-orbita.

Il corso si propone di mostrare esplicitamente la risoluzione analitica di alcuni problemi paradigmatici, e dipresentare alcuni argomenti di ricerca piĚ avanzata mediante seminari introduttivi

Un programma di massima del corso prevede:

-Richiami di tecniche many-body e teoria della risposta lineare. Studio delle interazioni elettroniche tramite letecniche spettroscopiche piĚ’ comuni.

-Conducibilita' ottica: dall’approccio semiclassico di Boltzmann alla formula di Kubo.

-Superconduttivitą: Rottura di simmetria e invarianza di gauge. Sviluppi recenti sul ruolo dei modi collettivi (modidi fase e modo di Higgs) nella spettroscopia all’equilibrio e fuori dall’equilibrio.

-Il caso bidimensionale e la transizione di Kosterlitz-Thouless.

-Nuovi materiali: superconduttori a base di ferro, grafene e materiali con forte spin-orbita.

 

Statistical Field Theory

Docente/i: Cavagna Andrea -andrea.cavagna@roma1.infn.it ISC-CNR, Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 6 -periodo/nizio: Febbraio -Aprile /

v. programma del corso allegato

Part 1: Statistical Mechanics (10 lectures, 20hrs)

1.     Ensembles -Energy, entropy, free energy

2.     Gibbs free energy and susceptibility

3.     Correlation function

4.     Correlation function w/out ensemble averages

5.     Phase transitions

6.     Problems & Solutions class

7.     Form of the Gibbs free energy below Tc

8.     Metastability and classic nucleation theory

9.     Dynamics I

10.  Dynamics II

 

Part 2: Field Theory (10 lectures, 20 hrs)

1.     Landau-Ginzburg model

2.     Landau approximation (LA)

3.     Gaussian _eld theory I

4.     Gaussian _eld theory II

5.     Diagrammatic expansion

6.     Renormalization I

7.     Renormalization II

8.     The Renormalization Group I

9.     The Renormalization Group II

10.  Continuous symmetry breaking

 

 

Path Integral Methods for Stochastic Differential Equation

Docente/i: Crisanti Andrea   andrea.crisanti@phys.uniroma1.it Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: Febbraio -Giugno /

Stochastic differential equations (SDEs) have multiple applications in mathematical neuroscience and arenotoriously difficult. Here, we give a selfcontained review of perturbative field theoretic and path integral methodsto calculate moments of the probability density function of SDEs. The methods can be extended to highdimensional systems such as networks of coupled neurons and even deterministic systems with quencheddisorder.

 

 

Biological Data Analysis

Docente/i: Giansanti Andrea -andrea.giansanti@roma1.infn.it Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: aprile 2017 /

Programma di massima (v. file allegato)

1.     Basic Biology (molecular biology as computation)

2.     PCA (classical and quantum (Seth Lloyd))

3.     Clustering (superparamagnetic, Domany)

4.     Feature extraction (parallel tempering)

5.     HMM and structural classification of proteins

6.     Inverse statistical mechanics (Bialek, Marsili)

7.     Correlation analysis of random matrices (Bouchaud)

8.     Data compression metrics (Sayhood)

Biomedical data mining (pubmed)10.Bayesian Brain Models (Friston, Latham)

 

Teorie e fenomenologia dei sistemi vetrosi/Theories and phenomenology of glassy systems

Docente/i: Leuzzi Luca, luca.leuzzi@cnr.it

crediti: 6 -periodo/nizio: gennaio-marzo / Lunedď 8 Gennaio Lunedď-Mercoledď-Venerdď

[ITA] Il corso inizierą con un'introduzione suiprincipali fenomeni ricorrenti nei sistemi vetrosi di diverso genere, daivetri strutturali, ai gel, ai colloidi, ai vetri di spin, fino a problemi di soddisfacimento di molti vincoli in computerscience. Verranno trattati dapprima le teorie rilevanti della lunga storia della fisica dei sistemi amorfi ed i concetti con esseintrodotti, quali l'entropia configurazionale, l'invecchiamento, la memoria, l'eterogeneitą dinamica e statica e larottura di ergodicitą in senso debole. Il corso si focalizzerą poi su di una serie di teorie moderne, tuttora in fase disviluppo, tra cui, le teorie delle repliche e della cavitą per la termodinamica dei sistemi vetrosi con disordine"quenched", lo studio della teoria di transizione "random first order" per i vetri strutturali, lo studio della dinamica difluidi sottoraffreddati in formulazione di integrali di cammino (Martin-Siggia-Rose), di teoria di Mode Coupling, e didinamica stocastica con campi supersimmetrici. I diversi approcci verranno discussi criticamente e comparati.Infine il corso tratterą, in base alle esigenze degli studenti emerse durante le lezioni, di una parte a scelta tra (i)sistemi vetrosi su grafi sparsi e sue applicazioni ai problemi di soddisfazione di vincolo e ottimizzazione, (ii) larottura di simmetria di replica nel limite continuo e l'equazione antiparabolica di Parisi, (iii) lo studio delrilassamento critico oltre la teoria di Mode Coupling a partire dalla teoria dei campi replicata per sistemi condisordine quenched, (iv) la transizione di Gardner nei sistemi vetrosi con potenziale deterministico.

[ENG] Initial lectures are devoted to an introduction to the fundamental phenomena displayed by a variety ofglassy systems, such as structural glasses, gels, colloids, spin-glasses and up until constraint satisfactionproblems in computer science. The course will deal with the relevant theories of a long history of amorphoussystems physics and with the concepts introduced along with them: configurational entropy, aging, memory,dynamic and static etherogeneities, weak ergodicity breaking. The lectures will, then, focus on a series of moderntheories, still in progress, among whichthe replica and cavity theories for the thermodynamics of glassy systems with quenched disorder, the random firstorder transition theory for structural glasses, the path integral formulation of undercooled liquids dynamics (ą laMartin-Siggia-Rose), the mode coupling theory, the stochastic dynamics with supersymmetric fields. Variousapproaches will be critically discussed and compared. Eventually, the last part of the course will be dedicated tosubjects chosen by the students among the following: (i) glassy systems of sparse graphs, (ii) continuous replicasymmetry breaking and antiparabolic Parisi equation, (iii) critical slowing down beyond Mode Coupling Theory andreplica field theory, (iv) Gardner transition in deterministic glasses.

 

Teoria Quantistica del Magnetismo

crediti: 3 -periodo/nizio: / stimato 9 Gennaio.

Docente/i: Lorenzana José, jose.lorenzana@cnr.it

Il corso fornisce gli elementi di base del magnetismo con applicazionialla materia condensata.

-Richiami sul magnetismo atomico e sull'interazione spin-orbita.Magnetismo orbitale e di spin. Accoppiamento L-S e J-J. Regole di Hund.-Suscettibilitą magnetica, diamagnetismo, paramagnetismo.-Scambio, superscambio e doppio scambio-Regole di Goodenough-Kanamori-Anderson-Modelli di Zener e De Gennes -Teoria di Landau -Ferromagnetismo e Antiferromagnetismo-Modello di Heisenberg-Onde di spin-Magnetismo in Metalli, Ferromagnetismo Itinerante. Criterio di Stoner-Livelli di Landau ed effetto Hall quantistico-Isolanti Topologici

Bibliografia:Quantum Theory of Solids, C. KittelMagnetism in Condensed Matter, S. BlundellLecture Notes on Electron Correlation and Magnetism, P. Fazekas

 

 

Nanophotonics of 2D Materials

Docente/i: Lupi Stefano -stefano.lupi@roma1.infn.it TeraLab Laboratory, Sapienza Dipartmento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: Da Marzo a Maggio 2018 /

The optical properties of 2D materials (from graphene to Topological Insulators) with particular emphasis on theircollective electronic response at the nanoscale will be discussed. Nano spectroscopy techniques will be reviewedand applied to plasmonics and photonics.

 

 

Metodi sperimentali per la determinazione di struttura e proprietą elettroniche di sistemiaggregati di bassa dimensionalitą (Experimental Methods for the Determination of the Structureand the Electronic Properties of Low-Dimensional Solid Systems)

Docente/i: MARIANI Carlo (+ Ruocco A. F. Offi e S. Mobilio -Roma Tre) - carlo.mariani@uniroma1.it Sapienza Dipartimento di Fisica, Postorino Paolo paolo.postorino@roma1.infn.it Dipartimento di Fisica

crediti: 4,8 +1,8 -periodo/nizio: Gennaio/Febbraio-Maggio /

Modulo di base; docenti: Carlo MARIANI + A. Ruocco, F. Offi e S. Mobilio (Roma Tre)“Interazione radiazione-materia, spettroscopie di fotoemissione e assorbimento”("Interaction of Electromagnetic Radiation with Matter, Photoelectron Spectroscopy and Absorption") 32ore, crediti 4,8

SynopsisIntroduction to the collision specrtoscopies: collisions with electrons.Introduction to the photoelectron spectroscopy: theoretical background, thethree-step model, atoms and molecules, low-dimensional solid systems,experiments with angular resolution, time-resolved experiments. Instrumentation:charged particles, Auger electron spectroscopy and resonant photoemission.Theoretical background of absorption. Multiple scattering theory:a method for the observation of the electronic states and spectroscopymeasurements. Surfaces and low-dimensional systems, electronic properties.Core-level photoemission and surface core-level shifts. Angularresolved photoemissione, electronic band structure. Band structure ofexemplary 1D and 2D systems. Electromagnetic radiation sources,synchrotron radiation. Introduction to the free-electron laser: a coherentsource of radiation from UV to X rays. X ray absortpion spectroscopy, EXAFSand XANES: fundamentals and applications. X ray elastic and anelatsic scattering.Diffusione elastica ed anelastica di raggi X. Resonant scattering,magnetic scattering. Magnetic circular dichroism.

Modulo "Raman spectroscopy in low dimensional systems"; docente Paolo POSTORINO12 ore, crediti 1,8

Programma / Synopsis1-Fondamenti della spettroscopia Raman (Effetto Raman -Sezione d'urto "Classica".Cenni di calcolo quantistico della sezione d'urto: approccio diagrammatici. Dispersionefononica. Regole di selezione Raman: analisi in polarizzazione ed assegnazione dei modifononici).2-Fondamenti della spettroscopia Raman in sistemi di bassa dimensione(Violazione delle regole di selezione: Brillouin zone folding, finite size effects, emisura della densitą degli stati fononici in sistemi ad alto disordinechimico/configurazionale. Scattering Raman da eccitazioni collettive nei semiconduttori e isolanti.Applicazioni della spettroscopia Raman a sistemi a bassa dimensionalitą: filmsottili, nanofili di semiconduttori).3-Fondamenti della spettroscopia Raman risonante ed elettronica (Aumento risonante dellasezione d’urto. Energia di deformazione: zinc-blende vs. wurtzite. Interazione di Fröhlich.Metodi sperimentali e risultati. Scattering da cariche libere in semiconduttori: meccanismo,regole di selezione e cinematica. Gas di elettroni bidimensionale: eccitazioni didensitą di carica e di spin).4-Spettroscopia Raman su nanofili semiconduttori (Spettroscopia Raman risolta spazialmentein eterostrutture di nanofili. Spettroscopia Raman dipendente dalla polarizzazione sunanofili: simmetria della struttura cristallina. Dipendenza dei modi fononici dallacomposizione. Raman risonante su nanofili con diversa simmetria. Raman elettronico su gasdi elettroni bidimensionali nei nanofili).5-Spettroscopie ottiche ad altissime pressioni in cella ad incudini di diamante (Dipendenzadalla pressure della struttura a bande -Modulazione indotta dalla pressione delle interazionielettrone-elettrone ed elettrone-fonone).6-Metodi di termografia con scattering Raman (Raman dipendente dalla temperature. Applicazionealle nanostrutture (nanofili, nanotube di carbonio, grafene). Combinazione della spettroscopiaRaman con misure di trasporto per la determinazione delle proprietą termoelettriche).

possibile ulteriore modulo opzionale su "Micro-Nano fabbricazione"

 

Introduzione alla probabilitą ed ai sistemi complessi

Docente/i: Petri Alberto,  alberto.petri@isc.cnr.it, ISC-CNR, Sapienza

crediti: 3 -periodo/nizio: Marzo 2018 /

Il corso Ź rivolto a coloro che, per il percorso di studi seguito o peraltri motivi, non hanno avuto avuto l'opportunitą di avvicinarsi a questetematiche.

Dopo il richiamo di alcuni concetti e strumenti basilari della statisticae del calcolo dell probabilitą, vengono svolti casi esemplari di argomenticome la dinamica delle popolazioni, il caos, i frattali. Si prosegue poicon i cammini aleatori, le catene di Markov e le equazioni di Langevin eFokker-Planck, concludendo con alcune semplici applicazioni.

Il corso Ź autoconsistente, tutti gli argomenti sono ricavati e discussialla lavagna, ed Ź accompagnato da dispense.

 

Advanced Quantum Information

Docente/i: Sciarrino Fabio -fabio.sciarrino@uniroma1.it Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: da definire /

Quantum information was born from the merging of classical information and quantum physics. Its main objectiveconsists of understanding the quantum nature of information and learning how to process it by using physicalsystems which operate by following quantum mechanics laws. Within this framework integrated photonics circuitshave a strong potential to realize quantum information processing by optical systems. The aim of this course is toprovide an advanced overview on quantum information with a special focus on the simulation of quantum systemsby exploiting other quantum systems. Theoretical and experimental aspects will be addressed.

-Required preliminary knowledge of quantum information

-Number of hours: 20

2)  Fisica delle Alte Energie e Astrofisica

 

Sistemi Elettronici applicati agli Esperimenti di Fisica

Docente/i: Bocci Valerio, valerio.bocci@roma1.infn.it

crediti: 3 -periodo/nizio: DA DEFINIRE /

L'elettronica negli apparati sperimentali moderni Ź l'elemento di congiunzione tra rivelatore e computer. I sistemi elettronici consentono la digitalizzazione in forma numerica delle quantitą fisiche, passando da grandezza fisica a grandezza elettrica a forma numerica.
La fisica sperimentale richiede nuovi rivelatori e annessa elettronica ad hoc sia digitale che analogica.
I sistemi elettronici sono parte integrante di un esperimento e soltanto in un limitato numero di casi questi sono acquistabili a catalogo.
Solo grazie all'elettronica e annessi sistemi di calcolo (elettronici anche essi) si Ź potuto gestire e progettare i grandi apparati sperimentali della fisica moderna.
Durante il corso si farą un introduzione ai componenti e uno studio dei casi reali.Verranno descritti le motivazione di fisica e leda definire relative soluzioni elettroniche per esperimenti qualiDelphi,KLOE, Auger,Atlas,LHCb, SuperB, altri apparati sperimentali e problemi eventualmente proposti daglistudenti stessi.

 

Large-N QCD as a gauge and as a string theory

Docente/i: Bochicchio Marco -marco.bochicchio@roma1.infn.it INFN-Sezione Sapienza Dipartimento di Fisica crediti: 3+3 -periodo/nizio: periodo e’ da concordare con gli studenti /

 

 

Astronomy with High Energy neutrinos

Docente/i: Capone Antonio         antonio.capone@roma1.infn.it  Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 -periodo/nizio: marzo -aprile / metą marzo, 4 ore settimanali

Introduction to the Very High Energy Cosmic Rays (C.R.) physics: C.R. energy spectrum and composition. Accelerationmechanisms in astrophysical sites: leptonic and hadronic sources of high energy gammas, possible sources of H.E.cosmic rays, gammas and neutrinos. High Energy gamma sources identification by past, present and futureexperiments (ARGO, MILAGRO, HESS, MAGIC, VERITAS, CTA, LHAASO, …). High Energy cosmic rays identification bypast, present and future experiments (AGASA, HiRes, AUGER, Telescope Array, Gem-EUSO, …). Limits to thepropagation of H.E. gammas and protons in the Universe (interactions with the Microwave Background Radiationand/or with matter, GZK effect).Motivations for H.E. neutrino astronomy. Cherenkov under-water/under-ice "Telescopes" for the detection of HighEnergy astrophysical neutrinos: the detection concept and scheme. Experiments Baikal, AMANDA/IceCube, ANTARES,KM3NeT,Astronomy with H.E. neutrinos:-Search for galactic point like sources: microquasars, SuperNova Remnants, Galactic Centre, … and for extragalacticsources: Active Galactic Nuclei, SNR, Gamma Ray Bursts, … . Expected limits on high energy neutrino fluxes (Waxmann-Bahcall e Mannheim-Protheroe-Rachen)

-Search for a diffuse flux of astrophysical neutrinos, the IceCube discovery, the ANTARES contribution to theexplanation of the result;-Indirect search for dark matter through the search for a neutrino flux from the Sun, from the Galactic Centre, fromthe Earth;-Study of neutrino properties (mass hierarchy and oscillations) using the Cherenkov Neutrino Telescopes.-Experimental results and perspectives for High Energy Cherenkov Neutrino Telescopes.-Possible acoustic detection of neutrinos with energy exceeding 1020 eV: status and perspective

 

 

Buchi Neri in Relativitą Generale

Docente/i: Gualtieri Leonardo -leonardo.gualtieri@roma1.infn.it Sapienza Dipartimento di Fisica

crediti: 3 CFU (20 ore) -periodo/nizio: Aprile/Maggio /

In questo corso verranno trattati alcuni aspetti della fisica dei buchi neri nell’ambito della relativitą generale, inparticolare la soluzione di Kerr che descrive i buchi neri rotanti. Sarą discussa anche l’osservazionedei buchi neri negli spettri elettromagnetico e gravitazionale. Nella parte finale del corso verrą introdotta latermodinamica dei buchi neri e verrą brevemente discussa la radiazione di Hawking.

 

 

3) Multidisciplinari

 

Machine Learning e tecniche di Analisi Multivariata in Fisica

Docente/i: Giagu Stefano -Sapienza Dipartimento di Fisica , stefano.giagu@roma1.infn.it

crediti: 3 -periodo/nizio: Presumibilmente Febbraio 2018, / orario da concordare con i dottorandi interessati

 Corso di interesse generale e multidisciplinare. Tratterą teoria e applicazione dei metodi multivariati diclassificazione e pattern recognition, con esempi applicativi sia in fisica sperimentale delle particelle elementari,sia in altri settori della fisica/ricerca scientifica. Caratterizzato da lezioni frontali e da dimostrazioni al computer.

 

 

Argomenti di Elettromagnetismo

Docente/i: Petrarca Silvano -Sapienza Dipartimento di Fisica, Silvano.Petrarca@roma1.infn.it

crediti: 3 -periodo/nizio: genna-febbraio, luglio /

Il corso vuole essere un complemento all’elettromagnetismo affrontato nei corsi istituzionali e quindi e’ indirizzatoai dottorandi di tutte le discipline.Alcuni approfondimenti potranno essere concertati con i dottorandi.

abstract Si svolgeranno degli argomenti di elettromagnetismo normalmente non approfonditi nei corsi istituzionali:teoria lagrangiana e hamiltoniana, formalismo canonicoformulazione tensoriale delle eq. di Maxwelltraiettorie relativistiche livelli di Landau campi intensieffetti non lineari