ELEMENTI DI FISICA APPLICATA

Il corso mira a fornire allo studente le conoscenze di base sulle metodologie fisiche utilizzabili in contesti applicativi di beni culturali, ambientali, biologia e medicina: conoscenze riguardanti l’origine, la provenienza, la caratterizzazione e la datazione di opere di interesse archeologico e storico – artistico; conoscenze nel campo della radioattività e le loro implicazioni in campo ambientale; conoscenze sulle teorie e i metodi della fisica per comprendere come funzionano i sistemi biologici; conoscenze sulle metodologie applicate in campo medico nell’ambito dei sistemi diagnostici, delle terapie radianti e della radioprotezione da radiazioni ionizzanti e non ionizzanti;

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione critica nel campo della fisica applicata sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari. Notevole padronanza del metodo scientifico, comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca nel campo, padronanza nell'aspetto sperimentale con particolare riferimento alla scelta dei metodi per le diverse applicazioni.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving). Capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per nuove misure o per il miglioramento dei risultati esistenti.

Autonomia di giudizio

Capacità di lavorare con crescenti gradi di autonomia, anche assumendo responsabilità nella programmazione e nella gestione di progetti. Consapevolezza dei problemi di sicurezza nell'attività di laboratorio. Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

Abilità comunicative

Capacità di comunicare nei settori specifici della Fisica. Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani. Capacità di lavorare in un gruppo interdisciplinare, adeguando le modalità di espressione a interlocutori di diversa cultura.

Capacità di apprendimento.

Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze. Capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca.

Lezioni frontali e teorico-pratiche, seminari di approfondimento per tutti i 6 CFU.

Insegnamento cooperativo (studente-docente) tramite condivisione di materiale didattico e supporti multimediali.

Conoscenza di Fisica Generale ed elementi di Fisica Moderna.

La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi)

Elementi di Fisica Ambientale e Radioattività (4 ore)

Origine e composizione primordiale. Composizione attuale e struttura statica dell’atmosfera. Grandezze caratteristiche: temperatura, pressione e umidità. Termodinamica dell’atmosfera. Radiazione da corpo nero. Spettro della radiazione solare. La radioattività, origine e caratteristiche. Misura della radioattività, attività. Sorgenti di radioattività. Radioattività terrestre e monitoraggio. Applicazioni.

Elementi di Fisica Medica (9 ore)

Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti. Interazione radiazione materia. Elementi di dosimetria. Esposizione e dose. Fattore di qualità. Metodi di misura della dose. Dosimetria personale. Effetti biologici delle radiazioni. Radioprotezione. Fattori di rischio. Applicazioni in ambito medico: sistemi diagnostici e terapie radianti

Elementi di Archeometria (8 ore)

Applicazioni della fisica per la diagnostica, la conservazione e il restauro dei Beni Culturali. Metodi di caratterizzazione. Metodi di datazione. Monitoraggio microclimatico. Casi studio.

Introduzione alla biofisica cellulare e molecolare (7 ore)

Cosa e’ la biofisica.  Caratterizzazione della cellula e suoi componenti. Scale caratteristiche di Spazio, Tempo, Energia. Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecole. Richiami di dinamica dei fluidi. Diffusione molecolare e processi dinamici.

Spettroscopia di fluorescenza (6 ore)

Richiami su spettro elettromagnetico e interazione luce-materia. Assorbimento. Spettri di assorbimento. Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione. Fluorescenza. Cenni storici. Spettri di emissione. Resa quantica. Quenching. Photobleaching. Lifetime della fluorescenza. Trasferimento di energia (FRET).

Microscopia ottica (8 ore)

Richiami di ottica geometrica. Microscopio ottico. Microscopio a contrasto di fase. Microscopia a fluorescenza. Sonde fluorescenti e tecniche di labeling. Microscopia confocale e applicazioni. Risoluzione del microscopio ottico. Cenni di microscopia a super-risoluzione

Materiale fornito dal docente

Attix F.H., "Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry", Wiley, 2007

Bushberg J.T, Seibert J.A., Leidholdt E.M. Jr., Boone J.M., "The Essential Physics of Medical Imaging", Lippincott Williams & Wilkins, 2012, 1030

Edwards H. and Vandenabeele P., 2012, Analytical Archaeometry: Selected Topics, The Royal Society of Chemistry

Oleari C., Standard Colorimetry: Definitions, Algorithms and Software, 2016, John Wiley Sons Inc

Aitken, M.J , Thermoluminescence Dating & Optical dating of sediments, Academic Press Inc.

John M. Wallace • Peter V. Hobbs, Atmospheric Science. An Introductory Survey. Second Edition. University of Washington- 2006

Alessandrini, Fisica per le scienze della vita, CEA, 2023

Phillips et al. Physical Biology of the Cell, CRC Press 2013

D. Jameson, Introduction to Fluorescence, CRC Press 2014

La prova d'esame si svolgerà con un colloquio orale sui contenuti del corso.

I criteri per la valutazione: 1) pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate; 2) livello di approfondimento dei contenuti esposti; 3) capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma.

Date d'esame: Di norma, vengono fissati 8 appelli d’esame per ogni Anno Accademico; Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Triennale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/L-30/esami

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

• Misure sperimentali per la specificazione del colore.
• Datazione di ceramiche e sedimenti mediante luminescenza stimolata.
• Il ruolo della spettrometria Raman per lo studio dei Beni Culturali.
• Definizione di dose equivalente ed efficace;
• Effetti Biologici della radiazione ionizzante;
• Applicazioni in ambito medico:
• Sistemi radiografici, TAC, PET, terapie radianti
• Definizione di temperatura, pressione e umidità
• Radiazione di corpo nero
• Meccanismi di trasmissione del calore
• Inquinanti atmosferici
• Sorgenti di radiazioni;
• Interazione della radiazione ionizzante con la materia;
• Legge del decadimento radioattivo;
• Attività;
• Scale caratteristiche di Spazio, Tempo e Energia nei sistemi biologici.
• Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecule
• Diffusione molecolare
• Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione
• Spettri di assorbimento e di emissione
• Resa quantica della fluorescenza
• Lifetime della fluorescenza
• Descrizione del processo di FRET
• Microscopio ottico.
• Microscopio a contrasto di fase
• Microscopia a fluorescenza
• Microscopia confocale
• Risoluzione del microscopio