Springer Verlag: Fisica e astronomia

Esistono ormai da tempo molti articoli, in particolar modo su riviste di biomatematica, di (bio)fisica e di biologia, che presentano proposte e risultati di modellistica matematica relativi direttamente ed indirettamente alla teoria dell'evoluzione. Sicuramente questi studi sono da considerarsi cruciali per l'istituzione della biologia teorica. I temi da prendere in esame sono dapprima le convinzioni che i biologi hanno in merito. Quindi un'analisi dei precedenti tentativi di formulare una teoria matematica dell'evoluzione, nonché i relativi sviluppi e insuccessi a cui abbiamo assistito nell'ambito della "teoria della complessità". La nostra proposta consiste dunque nel realizzare una teoria matematicamente formulata e biologicamente ben fondata dell'evoluzione con specifico e giustificato riferimento a quella fenotipica. Quindi su questa base costruiamo sia un modello geometrico sia un modello dinamico stocastico. In questo modo, pur tenendo presente l'intrinseca insufficienza dell'approccio riduzionista in biologia, si tenta di dare alcune risposte che hanno una corrispondenza biologica significativa.

Il libro intende fornire le conoscenze teoriche e fenomenologiche di base della struttura della materia a livello subatomico, presentando in maniera coordinata concetti e caratteristiche della fisica nucleare e della fisica delle particelle elementari. Partendo da un livello di base (nomenclatura, classificazione, tecniche di accelerazione e di rivelazione delle particelle elementari), si passano in rassegna le proprietà delle interazioni fondamentali (elettromagnetica, debole e forte). Vengono descritti poi i risultati che confermano il Modello Standard del microcosmo, per terminare con i problemi ancora aperti. Ad esempio, la violazione di CP attualmente misurata non spiega l'asimmetria materia-antimateria dell'Universo osservata; le oscillazioni dei neutrini e la quantità di materia oscura prevista dalla cosmologia sembrano richiedere qualcosa oltre il Modello Standard. Il libro è organizzato in modo da coprire gli argomenti dei corsi di Fisica Nucleare e Subnucleare della Laurea in Fisica, e dei corsi di Fisica delle Particelle della Laurea Magistrale.

Il volume è un'introduzione alla Fisica solare che si propone di illustrare alla persona che intende avvicinarsi a questa disciplina (studenti, dottori di ricerca, ricercatori) i meccanismi fisici che stanno alla base della complessa fenomenologia osservata sulla stella a noi più vicina. Il volume non ha la pretesa di essere esaurire la trattazione della materia (la fisica solare spazia su un gran numero di discipline, quali la fisica nucleare, la termodinamica, l'elettrodinamica, la fisica atomica e molecolare, la spettroscopia in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, la magnetoidrodinamica, la fisica del plasma, lo sviluppo di nuova strumentazione, l'ottica). Piuttosto, sono stati scelti un numero di argomenti di rilevanza fondamentale nello studio presente del Sole (soprattutto nei riguardi delle osservazioni da terra con grandi telescopi) e su tali argomenti si è cercato di dare una panoramica generale, inclusiva dell'evoluzione storica. Poiché la Fisica solare è a buon diritto considerata la "Stele di Rosetta" di tutta l'astrofisica, il volume può anche servire come una valida introduzione a questa materia.

Il libro intende fornire le conoscenze teoriche e fenomenologiche di base della struttura della materia a livello subatomico, presentando in maniera coordinata concetti e caratteristiche della fisica nucleare e della fisica delle particelle elementari. Partendo da un livello di base (nomenclatura, classificazione, tecniche di accelerazione e di rivelazione delle particelle elementari), si passano in rassegna le proprietà delle interazioni fondamentali (elettromagnetica, debole e forte). Vengono descritti poi i risultati che confermano il Modello Standard del microcosmo, per terminare con i problemi ancora aperti. Ad esempio, la violazione di CP attualmente misurata non spiega l'asimmetria materia-antimateria dell'Universo osservata; le oscillazioni dei neutrini e la quantità di materia oscura prevista dalla cosmologia sembrano richiedere qualcosa oltre il Modello Standard. Il libro è organizzato in modo da coprire gli argomenti dei corsi di Fisica Nucleare e Subnucleare della Laurea in Fisica, e dei corsi di Fisica delle Particelle della Laurea Magistrale.

I metodi probabilistici e statistici giocano un ruolo di primo piano sia nella scienza teorica e sperimentale che nelle applicazioni ingegneristiche, costituendo pertanto un elemento essenziale del bagaglio culturale che uno studente deve acquisire fin dai primi anni di apprendimento universitario. Questo libro, che nasce dall'esperienza didattica accumulata dall'autore nell'insegnamento dei metodi sperimentali, si propone di fornire un'introduzione al calcolo delle probabilità e alla teoria degli errori facendo uso di uno stile di presentazione volutamente informale e traendo spunto da concrete applicazioni sperimentali, spesso attraverso esempi di notevole importanza storica. Così, ad esempio, argomenti quali il moto browniano, la diffusione di luce, il decadimento radioattivo, la fisiologia della visione, le statistiche quantistiche e di fotorivelazione, vengono utilizzati per delucidare concetti chiave dell'analisi statistica e probabilistica. Un enfasi particolare è posta sull'origine e la natura fisica delle distribuzioni di probabilità di maggior interesse nella ricerca scientifica. La trattazione dei dati sperimentali e l'analisi delle incertezze di misura viene fatta a partire da un analisi concreta delle caratteristiche generali della strumentazione utilizzata nei laboratori di ricerca.

Il volume si propone lo scopo di fornire al lettore i concetti fisici fondamentali che stanno alla base della spettroscopia atomica e dei processi di emissione e assorbimento della radiazione nei plasmi di laboratorio e astrofisici, coprendo argomenti fondamentali quali gli spettri atomici di atomi a uno o più elettroni, la quantizzazione del campo elettromagnetico, l'interazione fra materia e radiazione (trattata sia dal punto di vista classico che quantistico), le transizioni radiative, i fenomeni di equilibrio e non-equilibrio nei plasmi, la teoria del trasporto radiativo, l'emissione della radiazione di ciclotrone, di sincrotrone e di frenamento, e la diffusione Compton relativistica (trattata col formalismo della seconda quantizzazione). Il contenuto del volume e la sua impostazione generale, basata sui principi fisici, ne fanno un testo ideale per un insegnamento monografico semestrale, annuale o biennale (a seconda degli argomenti scelti) in un Corso di Laurea Specialistica o in una Scuola di Dottorato, nonché una buona base di riferimento per ricercatori attivi in varie discipline quali la Fisica Atomica, la Spettroscopia Ottica e UV, l'Astrofisica e la Fisica dello Spazio.

Abbiamo cercato di fornire una presentazione per quanto possibile semplice e diretta dei metodi matematici rilevanti per la fisica: serie di Fourier, spazi di Hilbert, operatori lineari, funzioni di variabile complessa, trasformata di Fourier e di Laplace, distribuzioni. Oltre a questi argomenti di base, viene presentata, in appendice, una breve introduzione alle prime nozioni di teoria dei gruppi, delle algebre di Lie e delle simmetrie in vista delle loro applicazioni alla fisica. Anche allo scopo di mantenere il libro nei limiti ragionevoli di un manuale di dimensioni contenute e di agevole consultazione, sono stati spesso tralasciati i dettagli tecnici delle dimostrazioni matematiche (o anzi le dimostrazioni per intero) e tutti i formalismi eccessivi che spesso nascondono la vera natura del problema e del metodo necessario per affrontarlo. Al contrario, si è cercato di chiarire le "idee sottostanti" ai diversi procedimenti; anche le applicazioni proposte sono quelle che meglio e più direttamente illustrano i procedimenti stessi, tralasciando altre applicazioni (meccanica quantistica, elettromagnetismo, equazioni alle derivate parziali, funzioni speciali, tanto per fare qualche esempio) che sconfinano in differenti discipline.

Questo libro è dedicato agli studenti che preparano l'esame scritto di un corso di Meccanica Quantistica. Si assume che i contenuti del corso siano sostanzialmente identici a quelli di un tradizionale corso di Istituzioni di Fisica Teorica dei vecchi ordinamenti del corso di laurea in Fisica. Nei nuovi ordinamenti gli stessi argomenti sono stati ripartiti su più corsi. L'intento è di presentare dei problemi che, oltre a sondare la comprensione della materia e l'abilità ad applicarla da parte dello studente, siano risolubili in un tempo limitato utilizzando gli strumenti matematici che vengono forniti nei corsi per la laurea in Fisica. Non si troveranno gli esercizi sui potenziali quadrati unidimensionali o l'effetto Stark e la struttura fine. Si è preferito scrivere le soluzioni con un certo dettaglio, eliminando soltanto i passaggi più semplici. I problemi sono stati raggruppati in capitoli. In molti casi la scelta dell'attribuzione ad un capitolo può essere considerata arbitraria: molti problemi di esame presentano problematiche trasversali all'intero programma.

La meccanica dei solidi rappresenta un corpus di conoscenze di formidabile robustezza concettuale, di raffinata eleganza matematico-formale e di grandissima utilità applicativa. Come tale ha una valenza formativa molto forte in diversi campi delle scienze naturali (fisica della materia, scienza dei materiali), ingegneristiche (scienza delle costruzioni, ingegneria strutturale e meccanica) e matematiche (matematica applicata). La teoria della elasticità costituisce inoltre uno dei punti-cardine su cui si articola il moderno paradigma di ricerca detto "modellazione multi-scala dei materiali", secondo il quale le proprietà di un materiale sono descritte tramite la concorrenza di metodi teorici affatto diversi: mentre alla nanoscala opera la meccanica quantistica, alla micro e meso-scala opera il continuo. La conoscenza del continuo elastico abilita lo studente di Fisica, di Scienza dei Materiali, di Matematica o l'allievo Ingegnere a confrontarsi con questo moderno e affascinate strumento di ricerca sui materiali. Questa opera introduce lo studente alla teoria della elasticità attraverso la scelta di un numero selezionato di argomenti di paradigmatica importanza concettuale e tramite lo svolgimento di numerosi esercizi e problemi di approfondimento.