Informazioni per i dottorandi del XXX ciclo

Il dottorato di ricerca in Fisica (XXX ciclo) prevede attività nell’ambito dei seguenti indirizzi:

Fisica teorica e fondamenti della fisica.

Fisica nucleare e subnucleare.

Fisica della materia.

Fisica applicata.

Il dottorato dispone di 11 posti di cui:

n. 5 con Borsa di Studio finanziata da questa università;

n. 3 con Borsa di Studio finanziata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare;

Nella seduta del Collegio dei Docenti, allargata agli studenti del XXX ciclo, avverrà

l’assegnazione ufficiale delle borse di studio (seguendo la graduatoria di merito del concorso),

l’assegnazione delle tematiche di ricerca e del supervisore dell’attività di ricerca durante il

corso di dottorato. L’attività determinerà anche l’indirizzo di riferimento di ogni singolo

dottorando.

In base al regolamento ogni studente deve seguire e superare (entro il 31 ottobre 2016) le

prove d’esame relative ad almeno 4 corsi semestrali, per complessive 160 ore (20 CFU)

minime, a scelta tra quelli elencati in seguito, oppure mutuati dal corso di laurea

specialistica/magistrale in Fisica, o lauree affini, secondo un piano di studi approvato dal

Collegio dei Docenti. Possono fare parte del piano di studi la partecipazione a Scuole quando

queste sono rivolte esplicitamente a studenti di dottorato oppure organizzate da dottorati di

una università italiana o straniera (l’equivalenza in crediti viene valutata volta per volta).

Ogni studente inoltre deve partecipare ai colloqui e seminari specifici per il dottorato,

organizzati dal Dipartimento di Fisica e Astronomia o dal Dottorato in Fisica (verrà recapitata

comunicazione relativa).

Gli studenti titolari di borsa di studio sono tenuti a trascorrere un periodo di formazione e

ricerca di almeno 6 mesi (non necessariamente continuativi e concordati con il supervisore)

presso Università o Centri di Ricerca esteri. Per godere dell’aumento della borsa durante il

periodo all’estero occorre una autorizzazione da parte del Collegio dei Docenti stesso.

I dottorandi che, per motivi di ricerca o formazione, si recano in missione presso altre

Università o Centri di Ricerca, italiani o esteri, devono sempre avere l’autorizzazione del

Coordinatore (o del Collegio per periodi superiori a sei mesi). La motivazione principale è di

tipo assicurativo. I dottorandi sono assicurati come studenti universitari. I dottorandi che

svolgeranno attività presso laboratori esterni all’Università (CNR o INFN, ad esempio) che

richiedono informazioni di natura assicurativa, possono richiedere i dettagli sulla copertura

assicurativa all’Ufficio Assicurazioni dell’Università.

Elenco corsi

Fisica delle alte energie (riferimento e informazioni: Prof. Domenico Galli

domenico.galli@unibo.it).

Metodologie avanzate di rivelatori di particelle (riferimento e informazioni: Prof. Gabriella

Sartorelli sartorelli@bo.infn.it).

Dispositivi e materiali per la fotonica (riferimento e informazioni: Dott. Gabriele Bolognini,

CNR Bologna, bolognini@bo.imm.cnr.it).

Termodinamica dello spaziotempo (Riferimento e informazioni: Dott. Alessandro Pesci,

INFN Bologna, Alessandro.Pesci@bo.infn.it).

Teorie conformi e integrabilità (Riferimento e informazioni: Prof. Francesco Ravanini

Francesco.Ravanini@bo.infn.it, Dott. Diego Bombardelli, Dott. Davide Fioravanti, INFN

Bologna Davide.Fioravanti@bo.infn.it)

Fisica quantistica e gravitazione. (riferimento e informazioni:Prof. Roberto Casadio

Roberto.Casadio@bo.infn.it).

Introduction to the Standard Model of the Electro-Weak Interactions (riferimento

e informazioni: Prof. Roberto Soldati roberto.soldati@bo.infn.it, Dott. Lorenzo Bellagamba,

INFN Bologna, lorenzo.bellagamba@bo.infn.it).

Dark Matter Phenomenology (riferimento e informazioni: Dott. Nicolò Masi, INFN

Bologna, masi@bo.infn.it, Dott. Marco Selvi, INFN Bologna, selvi@bo.infn.it).

Linguaggi di programmazione, modelli di calcolo degli esperimenti e sistemi di

acquisizione dati (riferimento e informazioni Dott. Francesco Giacomini INFN Bologna

francesco.giacomini@cnaf.infn.it, Prof. Daniele Bonacorsi UNIBO

daniele.bonacorsi@bo.infn.it, Dott Rosario Nania INFN Bologna nania@bo.infn.it)

Statistica avanzata (per informazioni Prof. Gastone Castellani, Armando Bazzani, Daniel

Remondini, Enrico Giampieri,Statistica avanzata.

(Gastone.Castellani@unibo.it, Armando.Bazzani@unibo.it, Daniel.Remondini@unibo.it,

Enrico.Giampieri@unibo.it)

Corsi attivi per il XXX ciclo di dottorato

Fisica delle alte energie (riferimento e informazioni: Prof. Domenico Galli

domenico.galli@unibo.it).

Tematiche fenomenologiche e sperimentali relative al Modello Standard delle particelle

elementari e alle sue estensioni.

Fisica delle alte energie all'acceleratore LHC ed è suddiviso in moduli, tenuti da Villa (Atlas),

Marcellini (CMS), Scapparone (Alice), Grafstrom (Acceleratori), Galli(LHCb). Violazione

della simmetria CP.

Metodologie avanzate di rivelatori di particelle (riferimento e informazioni: Prof. Gabriella

Sartorelli sartorelli@bo.infn.it).

Dispositivi e materiali per la fotonica (riferimento e informazioni: Dott. Gabriele Bolognini,

CNR Bologna, bolognini@bo.imm.cnr.it).

This course will provide an overview on fundamental devices and materials for photonics,

such as lasers, photo-diodes, optical amplifiers, passive components and optical fibers. In its

initial part, the course will also review basic theoretical principles of electromagnetism of

fields and guided waves.

More in detail, the course will provide fundamentals on light sources for optical

communications (e.g. the rate equations in semiconductors and the light emitting diode -

LED, the optical feedback and the laser, multi-mode and single-mode lasers and so on),

semiconductor photodiodes (pin and avalanche photodiodes, heterostructures), passive

components (optical fiber, optical coupler/splitter, the Mach-Zehnder interferometer, optical

filter technologies, tunable filters, multiplexer/de-multiplexer and so on), non-reciprocal

devices (isolator and the circulator), optical amplification basics in fiber and semiconductors

(stimulated emission and optical amplification, the basic amplifier parameters, gain, noise

figure, saturation), as well as an overview of distributed and discrete amplifiers (Raman and

Erbium-doped fiber-amplifiers, the semiconductor optical amplifier and related issues).

Gabriele Bolognini, PhD

Research Scientist

Institute for Microelectronics and Microsystems - IMM

National Research Council - Consiglio Nazionale delle Ricerche

Via P. Gobetti 101, 40129 Bologna, Italy

Tel : +39 051 639 9101 - Fax : +39 051 639 9216

e-mail: bolognini@bo.imm.cnr.it

Termodinamica dello spaziotempo (Riferimento e informazioni: Dott. Alessandro Pesci,

INFN Bologna, Alessandro.Pesci@bo.infn.it).

Periodo: I semestre.

Considerazione sulle evidenze teoriche indicanti una possibile natura statistica della gravità.

Derivazione delle equazioni di campo gravitazionale da un principio termodinamico

(stazionarieta` di un funzionale d'entropia).

Vedi anche http://www.bo.infn.it/~apesci/thermod_of_spacet_contents.html.

Thermodynamics of spacetime

A- Gravitational actions.

. Einstein-Hilbert action.

. The boundary term in the action.

. Gibbons-Hawking-York counterterm.

. Field equations.

. Actions in higher dimensions: Lanczos-Lovelock models.

B- Horizons.

. Horizons in spherically symmetric metrics (Schwarzschild, Reissner-Nordstr/om and de

Sitter).

. Local Rindler frames.

. Laws of black hole mechanics (review).

. The association of a temperature with horizons.

. The association of an entropy with horizons.

. Noether's current and the entropy of horizons.

. Temperature does not depend on field equations, entropy does depend on them.

C- Connections between horizon thermodynamics and gravitational dynamics, unexplained in

the conventional description of gravity.

. Einstein's equations as a thermodynamic identity.

. Relation between bulk and boundary terms in the action.

. The boundary term (normally ignored, or cancelled with a counterterm) does give on-shell

the entropy of the horizon.

. All this extends to Lanczos-Lovelock models.

D- Spacetime dynamics from a thermodynamic principle.

. A gravitational entropy functional.

. A novel extremum principle.

. Field equations.

. Consequences regarding the nature of the cosmological constant.

Teorie conformi e integrabilità (Riferimento e informazioni: Prof. Francesco Ravanini

Francesco.Ravanini@bo.infn.it, Dott. Diego Bombardelli, Dott. Davide Fioravanti, INFN

Bologna Davide.Fioravanti@bo.infn.it)

Teorie di Campo Conformi e Integrabili

(Conformal and Integrable Field Theories)

Conformal Field Theories (CFT) (F. Ravanini)

Scale and conformal invariance. Critical points and universality classes.

2D case: link with analytical functions in the complex plane.

Stress-energy tensor and quantum conformal invariance.

Hilbert space of a quantum CFT: Virasoro algebra and its highest weight representations.

Quantum correlators: conformal bootstrap.

Minimal models. Kac tables and exact critical indices.

Modular invariance and partition functions on the torus. Classification of minimal CFT's.

Relevant perturbations out of the critical point.

Conformal Perturbation Theory. 2D Callan-Symanzik equation.

Zamolodchikov's c-theorem.

Criteria of integrability out of the critical point.

S-matrix and Bethe Ansatz in 2D integrable QFT's (D. Bombardelli)

S-matrix in 2D integrable models

Asymptotic states and S-matrix: definitions and general properties.

Integrability and factorization.

2-particle S-matrix: analytical properties.

Poles structure and bootstrap

Bethe Ansatz:

Asymptotic Bethe Ansatz for diagonal scattering.

Asymptotic Bethe Ansatz for non-diagonal scattering.

Examples:

Lee-Yang, 3-state Potts Model, O(N), Sine-Gordon and AdS/CFT S-matrices

Lee-Yang, 3-state Potts Model, O(N), Sine-Gordon and AdS/CFT Bethe Ansatz equations.

Integrable methods off-criticality: an introduction to Thermodynamic Bethe Ansatz (D.

Fioravanti)

The initial and original idea of the (coordinate) Bethe Ansatz (for magnetic systems)

The Heisenberg XXX spin 1/2 chain

A more abstract formulation: the algebraic Bethe Anstatz

Monodromy matrix, transfer matrix and quantum integrability

Hints on classical integrability

Preliminaries on the theory of classical solitons

Few topics on the theory of scattering matrix (in 2D)

The Yang-Yang idea of Thermodynamic Bethe Ansatz (TBA)

Revisiting Zamolodchikov's approach to relativistic TBA: from asymptotic Bethe Ansatz to

TBA

The conformal limit and Cardy (central charge) formula: the kink equation and the derivative

lemma

Dilogarithms (with an excursus on Nekrasov-Shatasvili "TBA" for N=2 gauge theories)

Netx to leading term: the anti-bulk free energy. Perturbative conformal field theory series

The other regime: the IR or cluster expansion

On the universality of TBA: the Y-system

Y-systems and Dynkin diagrams

Magnonic Y-systems and the UV central charge

T-systems or discrete Hirota dynamics

Notes:

Short series of lectures or seminars on advanced related topics by some invited guest may be

organized along the year.

The basic lectures are normally given in Italian language unless there is some non-Italian

speaking attendant, in which case they are in English.

Reference books, notes and articles are given during the lectures.

The final exam consists in a seminar on a topic to be chosen in accord with the teachers, to be

delivered in front of the other PhD students and members of the Theory Group.

The interested students should contact the teachers by Jan 31, 2015 to agree on the details of

the programme and on the most suitable dates of the lectures.

Fisica quantistica e gravitazione. (riferimento e informazioni:Prof. Roberto Casadio

Roberto.Casadio@bo.infn.it).

Il corso copre metodi e argomenti teorici utili allo studio della interazione gravitazionale

nei regimi in cui la natura quantistica della materia non può essere trascurata. Si rivedono

perciò

i fondamenti generali della fisica quantistica e delle teorie quantistiche di campo su spazio-

tempo

curvo, per passare poi a temi più specifici come i principi di indeterminazione generalizzati, il

problema della localizzazione di particelle e modelli quantistici del campo gravitazionale.

Queste

tematiche si approfondiscono in particolare nel contesto della cosmologia e della possibile

descrizione quantistica del collasso gravitazione e dei buchi neri.

Introduction to the Standard Model of the Electro-Weak Interactions (riferimento

e informazioni: Prof. Roberto Soldati roberto.soldati@bo.infn.it, Dott. Lorenzo Bellagamba,

INFN Bologna, lorenzo.bellagamba@bo.infn.it).

Theory (R. Soldati, 20 hours)

0. Fermi theory of weak interactions before gauge theories.

1. QED and Yukawa theory at the early fifties of the XX century.

2. The concept of spontaneous symmetry breaking:

the Weiss model for ferromagnetism, the Landau-Ginzburg

theory of phase transitions, the O(2) Goldstone model.

3. Standard Model: preliminary building program.

4. The non-Abelian Higgs mechanism: massive vector bosons.

5. Extension to hadrons: Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing.

6. Anomalies cancellation: unitarity and families.

7. Quantization and the Feynman rules.

8. How to reconcile renormalizability and unitarity through the gauge principle:

uniqueness and internal self-consistency of the Standard Model.

A. Appendix: Neutrino masses, mixing, oscillations.

Experimental results (L. Bellagamba, 20 hours)

0. Overview of the colliders and experiments: LEP e+e-, HERA ep, Tevatron ppbar, LHC pp.

1. Basic elements on the patron distribution functions (relevant source of systematic

uncertainties in EW precise measurements).

2. Basic elements on the Monte Carlo techniques used for the theoretical predictions.

3. Electro-Weak tests on single and multiple vector-boson production.

4. Top production and properties.

5. Higgs physics and perspectives for the future LHC runs.

6. Global fit on Electro-Weak precision data.

7. Electro-Weak tests in ep deep inelastic scattering.

Special seminars on related topics:

Francesco Spanò (Royal Holloway University of London) 4 hours:

"Top Physics at the Large Hadron Collider: past, present and perspectives on 13 TeV

collisions"

Saverio D'Auria (University of Glasgow) 4 hours: "Higgs Boson: from discovery to precision measurements"

Dark Matter Phenomenology (riferimento e informazioni: Dott. Nicolò Masi, INFN

Bologna, masi@bo.infn.it, Dott. Marco Selvi, INFN Bologna, selvi@bo.infn.it).

Dott. Nicolò Masi: masi@bo.infn.it

- Galactic, extragalactic and cosmological evidences

- Alternative non-particle theories limits (MOND, MOGs)

- WIMP paradigms and cosmology - DM within the Standard Model

- Non WIMP candidates: Axions - cosmology and experimental research - DM indirect

search:

Cosmic Rays and DM Halo Physics

Constraints on non-nuclear DM cross section from astrophysics and cosmology

Hadronic and leptonic CR signals: positrons, antiprotons and antideuterons channels

- The AMS-02 Experiment:

Heavy candidates for AMS search

How to disentangle primary astrophysical signals from DM ones

Experimental and theoretical uncertainties

Recent results and perspectives

- Search for DM at LHC

Dott. Marco Selvi: selvi@bo.infn.it

- DM direct search

- Expected rate of WIMPs

velocity distribution

Nuclear Form Factor

Energy spectrum of Nuclear Recoils

- Techniques for detection:

Charge (ionization)

Light (scintillation)

Phonons (temperature)

Particle identification through the combinations of two "channels"

- Detectors:

NaI

Ge and Si crystals

Scintillating bolometers

Liquid Nobles

- More detail on Liquid Nobles:

Single Phase

Double Phase TPC

the XENON experiment

- Backgrounds:

Gamma from radioactivity of the materials

Neutron from radioactivity of the materials

Muon-induced neutrons

Intrinsic background (Kr 85, Ar 39, Rn 222, ... )

Neutrino background

Linguaggi di programmazione, modelli di calcolo degli esperimenti e sistemi di

acquisizione dati (riferimento e informazioni Dott. Francesco Giacomini INFN Bologna

francesco.giacomini@cnaf.infn.it, Prof. Daniele Bonacorsi UNIBO

daniele.bonacorsi@bo.infn.it, Dott Rosario Nania INFN Bologna nania@bo.infn.it)

I corsi saranno forniti sotto forma di seminari

Elementi di Programmazione avanzata

* linguaggi di programmazione, in particolare C++ (nella sua versione

piu' moderna), e metodologie di sviluppo software

* modelli di calcolo degli esperimenti, situazione attuale e

prospettive future, con particolare riferimento alle problematiche di

gestione di grandi quantita' di dati, anche in confronto ad altre

realta' non legate al mondo della ricerca

* sistemi di acquisizione dati, situazione attuale e prospettive

future

Statistica avanzata (per informazioni Prof. Gastone Castellani, Armando Bazzani, Daniel

Remondini, Enrico Giampieri

Statistica avanzata

Parte 1 Processi stocastici,

Master equation,

equazione di Fokker Planck Parte 2 Test delle ipotesi e modelli nulli

applicazione a dati reali

modelli statistici e network Parte 3 Statistiche non parametriche

Distribuzioni non parametriche

Statistiche ordinali e nominali

Inferenza per dati non parametrici

Correlazioni non parametriche

Master equation e distribuzioni di probabilità Parte 4

Implementazione numerica di alcune delle procedure illustrate

I dottorandi interessati ai vari corsi sono invitati a contattare i relativi docenti per

informazioni ulteriori e concordare il periodo delle lezioni.

Si segnala inoltre la possibilità di partecipare alla scuola di dottorato “CGI 2015 FNHP” di

Firenze dedicata alla fisica adronica nella sua più ampia accezione. (riferimento

http://ggi-www.fi.infn.it/index.php?page=schools.inc&id=167). Le iscrizioni saranno chiuse il

16 gennaio 2015.