Obiettivi formativi
Gli obiettivi del corso sono in parte specifici ai temi di Fisica della Materia in esso trattati e alle tecniche sperimentali con cui essi sono affrontati in laboratorio, in parte di carattere più generale. Se ne sottolinea l'aderenza ai Descrittori di Dublino (DD).
Tra gli obiettivi specifici sono compresi
1) apprendere i fondamenti di alcune importanti tecniche sperimentali (DD: conoscenza e capacità di comprensione);
2) acquisire conoscenze pratiche di importanti tecniche ausiliarie alla Fisica sperimentale (ad esempio: criogenia, tecnologia del vuoto, condizionamento dei segnali elettrici);
3) approfondire da un punto di vista sperimentale talune delle tematiche trattate nei corsi introduttivi alla Fisica Moderna (DD: capacità di applicare conoscenza e comprensione), eventualmente integrando le conoscenze fornite da tali corsi con lo studio autonomo di materiale fornito dal docente, sia pure sotto la sua supervisione (DD: capacità di apprendimento).
Al di là dei contenuti specifici, le finalità del corso si riassumono nel promuovere il maturare di una sensibilità sperimentale nello studente. Quest'ultima si concretizza in
1) comprendere i principi di funzionamento della strumentazione scientifica (DD: conoscenza e capacità di comprensione);
2) acquisire autonomia operativa nella conduzione degli esperimenti;
3) valutare i risultati ottenuti con senso critico (DD: autonomia di giudizio), riconoscendone i limiti di confidenza e imparando ad es. a individuare le cause di possibili errori sistematici, o a riconoscere eventuali malfunzionamenti delle apparecchiature;
4) analizzare i dati sperimentali con metodologie e strumenti informatici adeguati (DD: capacità di applicare conoscenza e comprensione), e presentare i risultati in forma concisa ed efficace (DD: abilità comunicative).
5) tenere una buona condotta di laboratorio.
Prerequisiti
Fisica classica; trattamento statistico dei dati sperimentali.
Contenuti dell'insegnamento
Dopo un breve ciclo di lezioni frontali, in cui vengono fornite agli studenti le basi di conoscenze mancanti e sono illustrati i principi di funzionamento della strumentazione impiegata, il corso si articola nello svolgimento di due-tre esperimenti a scelta su un totale di cinque disponibili.
Il nucleo fondamentale dell'offerta è costituito dalle risonanze magnetiche: risonanza magnetica nucleare (NMR), di cui sono disponibili due spettrometri con caratteristiche complementari, e risonanza di spin elettronico (ESR). Si sottolinea che le relative postazioni sperimentali hanno il carattere di "grandi strumenti". Vengono sottoposti agli studenti esperimenti di NMR del protone in liquidi, polimeri, alimenti, volti a dimostrare i concetti base della tecnica (impulsi e risposta transiente, eco di spin, rilassamenti, restringimento della riga nei liquidi). Gli esperimenti di ESR su radicali liberi (i.e. DPPH) solidi/disciolti e su sali di manganese divalente riguardano la struttura iperfine, eventualmente mascherata dall'allargamento dipolare della riga di risonanza.
Altri esperimenti proposti sono lo studio della transizione superconduttiva con una misura di trasporto; la misura della conducibilità e del coefficiente di Hall in funzione della temperatura in un semiconduttore drogato; l'analisi spettrale del rumore elettronico; lo studio della dipendenza angolare del momento del raggio gamma diffuso nello scattering Compton.
Programma esteso
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Bibliografia
Eisberg Resnick “Quantum physics";
Charles Kittel, "Introduzione alla fisica dello stato solido";
D. Preston, E. Dietz, "The art of experimental physics"
Metodi didattici
Il corso è aperto da alcune lezioni frontali introduttive (tipicamente 4 lezioni di due ore ciascuna), volte a offrire una panoramica degli esperimenti e a fornire il bagaglio teorico e tecnico-strumentale essenziale alla loro comprensione. Le lezioni si avvalgono della proiezione di slide, che vengono rese disponibili agli studenti sulla piattaforma Elly immediatamente dopo la presentazione in aula. Oltre alle presentazioni sono caricati su Elly dispense del docente, articoli scientifici ed estratti di libri, manuali di strumenti e pacchetti software rilevanti per gli specifici esperimenti.
Successivamente, lo studente è condotto a svolgere, in gruppo con altri uno-due compagni, due esperimenti di laboratorio a scelta su un ventaglio di esperimenti proposti, per un impegno medio di 6 sessioni (4 ore ciscuna) per esperimento. Le sessioni di laboratoriosono organizzate su due turni a frequenza settimanale, per un impegno del docente che risulta quindi raddoppiato rispetto alla durata nominale del corso. Ciò da un lato è reso necessario dal numero limitato di postazioni sperimentali, dall'altro consente al docente di seguire adeguatamente gli studenti nell'esecuzione del lavoro sperimentale, soprattutto nella fase iniziale. Nel corso degli esperimenti, lo studente è comunque stimolato a sviluppare una autonomia crescente nell'uso della strumentazione e nell'analisi dei risultati ottenuti.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell'apprendimento ha luogo innanzitutto nelle sessioni di laboratorio, grazie alla presenza assidua del docente. Successivamente lo studente è tenuto a presentare una relazione su ciascun esperimento svolto, descrivendo in essa in sufficiente dettaglio l'obiettivo dell'esperimento, la strumentazione a disposizione, e i risultati conseguiti. L'esame consiste in un colloquio vertente sulla discussione delle relazioni stesse.
La valutazione finale tiene conto di tutti e tre i momenti succitati. Sono elemento di valutazione positiva 1) la buona condotta, l'interesse e la capacità di porsi domande mostrati dello studente in laboratorio; 2) la qualità e l'efficacia della presentazione dei risultati nella relazione, con particolare riferimento al corretto trattamento degli errori sperimentali, l'organizzazione dei dati in figure e tabelle appropriate, e la regressione dei parametri liberi delle leggi fisiche ai dati sperimentali mediante procedure adeguate; 3) la comprensione dei fenomeni fisici, dei principi di funzionamento della strumentazione e dei suoi limiti di confidenza dimostrati dallo studente nel colloquio.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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