Attività' di ricerca e didattica delle varie discipline messe a concorso


Attività di ricerca in biologia molecolare
L'attività di ricerca si esplica in campo sperimentale presso il Laboratorio di Biologia Molecolare della Scuola Normale Superiore, nell'Area di Ricerca del Consiglio Nazionale delle Ricerche a Pisa. Alcuni progetti sono svolti in collaborazione con il Centro Internazionale di Ingegneria Genetica e Biotecnologia di Trieste.
I principali campi di indagine sono:

• Studio delle metodologie di base per la terapia genica.
• Studio delle proprità molecolari del virus dell'immunodeficenza acquisita umana (HIV-1).
• Studio della regolazione della replicazione del DNA umano.
• Uso di tecniche di grafica computazionale ed animazione tridimensionale per la visualizzazione di processi biomolecolari.
  

Attività didattica in biologia molecolare
L’attività didattica per il corso di perfezionamento in Biologia Molecolare si articola nei corsi della Scuola e in cicli annuali di seminari su argomenti di ricerca avanzata nel campo della biologia molecolare e delle sue applicazioni a problematiche di interesse bio-medico.

Attività di ricerca in biofisica molecolare
L'attività di ricerca si esplica sia in campo sperimentale sia in campo teorico presso il laboratorio NEST (national Enterprise for nanoScience and nanoTechnology; CNR-INFM e Scuola Normale Superiore) ed in collaborazione con il laboratorio di biologia molecolare, entrambi presso la Scuola Normale Superiore.
I principali campi di indagine sono:

• Visualizzazione e modellizzazione di singole molecole e singoli eventi in cellule viventi
• Progetto e realizzazione di nanosonde intracellulari fluorescenti o magnetiche
• Analisi delle proprietà spettrali vibrazionali ed elettroniche, modellizzazione ed ottimizzazione di mutanti nella famiglia delle proteine verdi fluorescenti (GFP)
• Nuove strategie di imaging ad alta risoluzione in-vitro ed in vivo, basate sull’uso di sonde fluorescenti o magnetiche (microscopia a 2 fotoni, spettroscopia di correlazione, composti superparamagnetici)
• Interazioni tra proteine e dinamica inter- e intra- cellulare: studio sperimentale mediante tecniche spettroscopiche avanzate quali Fluorescence Resonant Energy Transfer (FRET) e Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP); studio teorico tramite modelli multi-scala e tecniche di molecular recognition
• Tecniche di microscopia a scansione
• Composti molecolari per il "delivery" mirato intracellulare di farmaci o nanorobots
• Progetto, modellizzazione e realizzazione di "nanorobots" intracellulari, quali nanosonde attive
• Sviluppo di sistemi micro- o nano-fluidici portatili
• Nuove strategie per l’immobilizzazione con alta risoluzione spaziale di biomolecole su superfici biocompatibili
• Nanotecnologie per guidare la coltura ed il differenziamento cellulare in condizioni chimico-fisiche perfettamente controllate
• Modelli a bassa risoluzione per studi strutturali e dinamici di acidi nucleici
• Identificazione di nuove strategie computazionali basate sull'utilizzo di DNA
• Sviluppo di software per modellizzazione multi-scala e applicazione specifica allo studio delle GFP o di sistemi biomolecolari di interesse.

Attività didattica in biofisica molecolare
L'attività didattica si articola in corsi e seminati tenuti da docenti della Scuola Normale ed esterni. I perfezionandi in Biofisica molecolare del primo anno, in accordo con il Consiglio di Classe, sceglieranno e frequenteranno tre corsi annuali tra quelli attivati presso la Scuola Normale Superiore, presso il corso di dottorato dell'Università di Pisa o presso la Scuola Superiore Sant’Anna. Tali corsi hanno la duplice funzione di ampliare la base culturale del perfezionando e di avviarlo ad uno specifico progetto di ricerca.

Attività di ricerca in chimica
La Scuola Normale Superiore, in collaborazione con docenti delle Università di Pisa e Bologna e del Politecnico di Zurigo, promuove la ricerca nei seguenti settori delle Scienze Chimiche:

1. Chimica Computazionale
   • Sviluppo di metodi per la simulazione numerica di processi chimici complessi.
   • Dinamica molecolare classica e quanto meccanica
   • Studio di sistemi biologici
   • Progettazione numerica di nuovi farmaci . Studio di nanosistemi e materiali avanzati
2. Chimica Fisica
   • Meccanica quantistica: sviluppi metodologici e computazionali.
   • Studio di proprietà elettroniche e strutturali di atomi, molecole e clusters.
   • Interazione radiazione-materia: applicazioni a problemi spettroscopici.
3. Chimica Inorganica
   • Composti di coordinazione.
   • Composti metallorganici.
   • Proprietà strutturali ed elettroniche del sistema metallo-legante e sua reattività.
4. Chimica Macromolecolare
   • Sistemi e catalisi di polimerizzazione.
   • Nuovi materiali polimerici con proprietà speciali. · Relazione proprietà/struttura.
5. Chimica Organica
   • Discriminazione molecolare in problemi chimici e biochimici.
   • Metodologie avanzate nella sintesi organica.
   • Proprietà chimiche e spettroscopiche legate a sistemi sopramolecolari

Attività didattica in chimica
I perfezionandi in Scienze Chimiche dovranno indicare nel loro curriculum tre corsi scelti tra quelli specificatamente attivati dalla Scuola Normale Superiore, quelli del triennio superiore tenuti nell'ambito della Scuola Normale, oppure tra i corsi del biennio superiore e del dottorato tenuti presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Pisa e afferenti ai settori di ricerca sopra elencati.

Attivita’ di ricerca in fisica
La ricerca nell’area delle Scienze Fisiche si svolge nei seguenti settori:

1. Astrofisica e Plasmi
   L’attività di astrofisica si diversifica su vari temi:
   • Dinamica di galassie normali e di ammassi globulari.
   • Materia oscura in spirali e ellittiche.
   • Emissione X da galassie e da ammassi.
   • Plasmi astrofisici.

   Esiste un crescente interesse verso ammassi di galassie e cosmologia.
   Sono da notare collaborazioni internazionali (particolarmente con MIT, Space Telescope Science Institute, European Southern Observatory, Groningen), contatti con altri Istituti italiani (Arcetri, Bologna, Padova, Pisa) e partecipazione a diversi progetti osservativi (su telescopi ESO, HST ed altri).
   Per la Fisica dei Plasmi, l’interesse è prevalentemente teorico, sulla base di collaborazioni con MIT, Joint European Torus, Utrecht, General Physics Institute (Mosca) e Università di Pisa.

2. Fisica della materia.
   L’attività di ricerca si esplica sia in campo sperimentale sia in campo teorico all’interno del Centro NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology, http://www.laboratorionest.it).

   I principali campi di indagine sono:
   • Ottica non lineare e trasporto quantistico in semiconduttori ed eterostrutture a dimensionalità ridotta.
   • Transizioni di fase quantistiche in sistemi elettronici di bassa dimensionalità.
   • Trasporto e magnetotrasporto in sistemi mesoscopici ibridi semiconduttore-superconduttore.
   • Calcoli di dinamica molecolare classica e ab initio di sistemi macromolecolari anche biologici.
   • Biofisica molecolare: dinamica intra ed inter-cellulare di singole biomolecole, dispositivi optoelettrionici biomolecolari.
     
     
   • Magnetismo in gas di eletroni fortemente correlati.
   • Superfluidità e condensazione in plasmi quantistici.
   • Coesione e struttura di microaggregati in gas, liquidi e vetri
     
     
3. Fisica Sperimentale delle Particelle Elementari
   I perfezionandi della Scuola Normale che abbiano interessi nel campo della Fisica delle particelle elementari potranno avere accesso alle ricerche condotte presso i laboratori più importanti del mondo da gruppi in cui sono coinvolti i docenti della Scuola.
   Le principali linee di ricerca attuali sono:
• Studio delle interazioni protone-protone ad altissime energie, ricerca del bosone di Higgs e della supersimmetria con l’esperimento CMS in costruzione presso l’acceleratore LHC del CERN di Ginevra.
• Studio della fisica protone-antiprotone al Tevatron di Fermilab nell’esperimento CDF.
• Studio della natura delle violazioni di CP nel decadimento di K neutri al SPS del CERN.
Questo lavoro sperimentale viene condotto con i mezzi tecnici e finanziari forniti dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare tramite la sezione Pisa presso il laboratorio di S. Piero a Grado.


4. Fisica teorica delle particelle elementari, astrofisica e cosmologia.
   L’attività di ricerca tende alla formulazione di modelli delle interazioni fondamentali ed allo studio delle loro conseguenze fenomenologiche sulla base di informazioni derivabili alla fisica delle particelle elementari, dall'astrofisica e dalla cosmologia.
   
   Temi specifici sono :
   • la rottura della simmetria elettrodebole
   • la supersimmetria
   • l’unificazione delle interazioni forti ed elettrodeboli
   • la fisica del sapore
   • la fisica dei neutrini
     
     
5. Fisica teorica e matematica
• Sistemi con infiniti gradi di libertà.
• Teoria dei campi e teoria dei sistemi a molti corpi.
• Rottura di simmetrie.

Attivita’ didattica in fisica
L’attività didattica si articola in corsi e seminari tenuti da docenti della Scuola Normale ed esterni. I perfezionandi in Fisica del primo anno, in accordo con il Consiglio di Classe, sceglieranno e frequenteranno tre corsi annuali tra quelli attivati presso la Scuola Normale o presso il corso di dottorato in Fisica dell’Università di Pisa. Tali corsi hanno la duplice funzione di ampliare la base culturale del perfezionando e di avviarlo ad uno specifico progetto di ricerca.

Attività di ricerca in fisica della materia condensata
L’attività di ricerca si esplica sia in campo sperimentale sia in campo teorico all’interno del Centro NEST (National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology, http://www.laboratorionest.it).

I principali campi di indagine sono:

• Trasporto quantistico in nanofili di semiconduttori.
  La sintesi di nanofili di semiconduttore apre nuove strade verso la realizzazione di dispositivi elettro-ottici avanzati. L'attività di perfezionamento sarà focalizzata sullo studio delle proprietà di trasporto coerente in nanofili in regime di pochi elettroni. Particolare attenzione sarà posta sul comportamento al variare della temperatura, in vista di possibili applicazioni.
• Cavità innovative per laser intersottobanda.
  La fisica dei polaritoni intersottobanda in microcavità di semiconduttore riveste un grande interesse per la possibilità di realizzare regimi inesplorati dell'interazione radiazione-materia con la conseguente produzione di nuovi fenomeni quantistici. Per pensare ad implementazioni dispositivistiche occorre tuttavia la capacità di implementare queste strutture in circuiti fotonici appropriati per propagazione guidata. L'attività mira a realizzare microcavità e guide d'onda basate su cristalli fotonici accoppiate con transizioni intersottobanda e a dimostrare il controllo ottico e/o elettrico delle eccitazioni polaritoniche risultanti.
• Laser THz controllati elettromeccanicamente.
  L'attività è indirizzata allo studio dell'integrazione di elementi ottici di dimensione micrometrica controllati elettromeccanicamente in dispositivi laser a cascata quantica per emissione THz. Lo scopo è di avere la possibilità di variare esternamente importanti caratteristiche dell'emissione, quali frequenza, profilo del fascio, e direzione.
• Fisica dei sistemi coerenti.
  Studio dei processi coerenti in nanostrutture semiconduttrici e ibride semiconduttore-superconduttore. Interferometri elettronici in regime di effetto Hall quantistico. Studio del trasporto di cariche frazionarie attraverso geometrie confinate. Teoria del trasporto quantistico in nanostrutture. Proprietà delle nanostrutture superconduttive. Computazione quantistica in sistemi a stato solido.
• Dispositivi fotonici nanostrutturati.
  Interazione radiazione-materia in sistemi a confinamento elettronico e fotonico. Laser e rivelatori ad eterostruttura. Sorgenti nanostrutturate di singoli fotoni.
• Fisica sperimentale degli stati collettivi nelle nanostrutture.
  Transizioni di fase e punti critici. Analisi sperimentale dei modi collettivi instabili tramite diffusione anelastica di luce.
• Biofisica molecolare.
  Studio sperimentale e teorico delle proprietà fotofisiche di singole proteine fluorescenti appartenenti alla classe delle Green Fluorescent Protein (GFP). Disegno mediante modellizzazione al calcolatore e realizzazione di mutanti della GFP con proprietà ottiche ottimizzate. Studio delle interazioni tra proteine e della loro dinamica inter- e intra-cellulare mediante tecniche spettroscopiche ad alta risoluzione spaziale.

Attività didattica in fisica della materia condensata
L'attività didattica si articola in corsi e seminari tenuti da docenti della Scuola Normale ed esterni. I perfezionandi in Fisica della materia Condensata del primo anno, in accordo con il Consiglio di Classe, sceglieranno e frequenteranno tre corsi annuali tra quelli attivati presso la Scuola Normale Superiore o presso il corso di dottorato dell'Università di Pisa. Tali corsi hanno la duplice funzione di ampliare la base culturale del perfezionando e di avviarlo ad uno specifico progetto di ricerca.

Attività di ricerca in matematica

• Calcolo delle variazioni (Problemi di semicontinuità e G-convergenza, teoria geometrica della misura, problemi di evoluzione geometrica).
• Analisi in dimensione infinita, Analisi Stocastica, Equazioni differenziali stocastiche alle derivate parziali.
• Analisi armonica (operatori di convoluzione su spazi euclidei e su gruppi di Lie; analisi di Fourier commutativa e non, applicazioni a operatori differenziali e all'analisi complessa).
• Sistemi dinamici e aritmetica (orbite quasi periodiche, problemi di piccoli divisori, teoria KAM, frazioni continue, dinamica olomorfa).
• Geometria e analisi complessa (analisi globale sulle varietà fogliate, problemi di analisi non lineare interessanti la teoria geometrica delle funzioni olomorfe di più variabili complesse, cobordismo per le varietà CR e riempimento simplettico, evoluzione secondo la forma di Levi di sottoinsiemi compatti di una varietà Kaelheriana, varietà di Kaehler-Einstein e metriche iperkaehleriane, sottovarietà minimali e sottovarietà lagrangiane speciali in spazi Calabi-Yau).
• Geometria Diofantea (punti interi su curve e varietà algebriche di dimensione superiore, equazioni diofantee su campi di funzioni, altezze di punti algebrici su sottovarietà di varietà di gruppo e intersezioni di con sottogruppi algebrici che variano in famiglie, ad es. di dimensione fissata).

Attività didattica in matematica
L’attività didattica si articola in corsi e seminari tenuti da docenti della Scuola Normale ed esterni. I perfezionandi in Matematica del primo anno, in accordo con il Consiglio di Classe, sceglieranno e frequenteranno tre corsi tra quelli attivati presso la Scuola Normale o il Dipartimento di Matematica dell’Università di Pisa. Tali corsi avranno lo scopo di completare la preparazione di base e di avviare lo studente alla ricerca.

Attività di ricerca in matematica per la tecnologia e l'industria
Il corso di perfezionamento in Matematica per la Tecnologia e l'Industria offre percorsi formativi relativi a diverse aree di applicazione della materia a discipline di carattere tecnologico. In particolare, saranno attivi almeno i seguenti orientamenti di ricerca:

• Meccanica dei continui: teoria ed applicazioni.
  L'attività di ricerca prevede sviluppi nelle seguenti direzioni: questioni di fondo della teoria dei fluidi e dei solidi come, ad esempio, l'esistenza, l'unicità e il comportamento asintotico delle soluzioni delle equazioni di Eulero e di Navier-Stokes; modellistica e sviluppo di tecniche computazioni avanzate per flussi complessi; metodologie per l'analisi di segnali provenienti da flussi turbolenti; analisi dell'instabilità fluidodinamica; problemi di forma ottima di corpi relativamente rigidi, come i profili aerodinamici, oppure molto deformabili, come i tessuti biologici e quelli sintetici, e problemi d'interazione fluido-parete.
• Modelli matematici del trasporti nei semiconduttori.
  L'attività di ricerca riguarda principalmente il trasporto nei dispositivi submicrometrici avanzati dove le approssimazioni usuali di deriva-diffusione non sono più valide e bisogna ricorrere a descrizioni cinetiche dettagliate. Sono stati sviluppati metodi alternativi alla tecnica Monte Carlo, basati sul sistema dei momenti dell'equazione semiclassica di Boltzmann e che sono computazionalmente più efficienti della simulazione stocastica di tipo di Monte Carlo. Sono attualmente studiati problemi di propagazione elettromagnetica nei dispositivi submicrometrici, consistenti nel sistema accoppiato delle equazioni di Maxwell e delle equazioni di trasporto nei dispositivi. Le metodologie analitiche e numeriche utilizzate sono quelle per i sistemi di leggi di conservazioni di tipo iperbolico.
• Matematica per le telecomunicazioni e l'informazione.
  Verranno curate in particolare le problematiche a carattere probabilistico nelle seguenti direzioni: teoria della codifica e trasmissione di informazione attraverso canali con disturbi, ad esempio turbo codici; analisi e trattamento di immagini; problematiche di teoria delle reti dal punto di vista della trasmissione di informazione e teoria delle code
• Modelli matematici per la Geofisica e la Vulcanologia.
  Lo studio della Terra attraverso strumenti geofisici e la realizzazione di modelli per la comprensione dei processi che avvengono in atmosfera, sulla superficie e all'interno del nostro pianeta è la sfida per individuare ed affrontare i cambiamenti globali, gestire e mitigare i rischi naturali quali ad esempio terremoti, eruzioni vulcaniche, tsunami, ecc. e per individuare e sfruttare al meglio le risorse naturali. Si tratta in genere di problemi caratterizzati da una natura multifase, grande variabilità spazio-temporale dei processi, presenza di frontiere libere, transizioni sub/super critiche con nascita di onde di shock, fenomeni di isteresi, condizioni al contorno su frontiere "sharp", effetti non-lineari di tipo "Butterfly". La descrizione quantitativa di un universo così variegato, in cui spesso sul determinismo prevale il comportamento caotico descrivibile solo statisticamente, necessita ovviamente di strumenti matematici adeguati. Da questa esigenza nasce la collaborazione tra la Scuola Normale Superiore di Pisa e l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia nell'ambito della Matematica Computazionale e Applicata. Tematiche privilegiate di indagine, tutte comunque volte alla " simulazione matematica" dei fenomeni geofisici, riguardano; i) Metodi di risoluzione delle equazioni differenziali alle derivate parziali, Metodi Lagrangiani SPH e Automi Cellulari, Analisi Statistiche e Probabilistiche, Misure geodetiche di precisione.

Le persone interessate ad avere maggiori informazioni su alcune delle tematiche di ricerca indicate possono consultare la pagina web del corso di perfezionamento (http://www.sns.it). Inoltre in presenza di allievi interessati, attività orientate in altre direzioni della matematica per la tecnologia e per l'industria (come matematica nella scienza dei materiali, matematica per la biologia, medicina e ambiente, o altre ancora) potranno essere programmate.
Nell'indicare il loro programma di ricerca, a carattere indicativo e non vincolante, i candidati potranno fare riferimento a una delle tematiche indicate, o ad altre verso cui siano già orientati.

Attivita’ didattica in matematica per la tecnologia e l’industria
L'attività di studio e di avviamento alla ricerca si articola in corsi tradizionale, laboratori e cicli di lezioni. Saranno attivati corsi e laboratori su argomenti basilari, come la modellizzazione tecnologica e la tecnica computazionale, e corsi più orientati verso specifici indirizzi di ricerca. Tra i corsi che saranno attivati indichiamo: metodi numerici per la risoluzione delle equazioni a derivate parziali, modellizzazione matematica di processi industriali, modelli matematici e simulazione numerica per dispositivi a semiconduttori, meccanica dei continui, fluidodinamica computazionale, metodi probabilistici in teoria dell'informazione e delle telecomunicazioni. Il programma di studio prevede eventuali periodi di stage presso industrie o centri di ricerca europei.

Attivita’ di ricerca in matematica finanziaria

Aree di formazione e ricerca:

• Modelli matematici per i mercati finanziari;
• Teoria generale dei processi stocastici, modelli statistici ed applicazione ai modelli microeconomici.

In presenza di allievi interessati, possono essere programmate anche attività orientate in altre direzioni della matematica per la finanza (metodi statistici per l'analisi e la modellizzazione di dati empirici, tecniche di controllo stocastico).
Nell'indicare il loro programma di ricerca, a carattere non vincolante, i candidati potranno fare riferimento alle tematiche sopra indicate o ad altre verso le quali siano già orientati.

Attivita’ didattica in matematica finanziaria
L’attività di studio e ricerca è articolata in corsi tradizionali, corsi di laboratorio e stages di formazione-studio presso centri di ricerca di istituzioni finanziarie ed assicurative. Nell’ambito dei corsi, oltre ad alcuni insegnamenti specifici come "Applicazioni del calcolo stocastico alla Finanza Matematica" o "Equazioni differenziali stocastiche", il perfezionando avrà a disposizione anche gli altri insegnamenti più tipicamente matematici (come "Equazioni differenziali alle derivate parziali" o "Modelli probabilistici e metodi statistici") per completare la propria formazione generale ed alcuni insegnamenti della Scuola Superiore di Studi Universitari e perfezionamento S. Anna per una introduzione alla Microeconomia. L’attività di laboratorio comprenderà anche analisi statistiche ed empiriche su dati finanziari reali. Una parte importante dell’attività di formazione è costituita da uno stage presso Centri di Studio di Banche o Società Assicurative.

Attivita’ di ricerca in neurobiologia
L’attività di ricerca si esplica presso il Laboratorio di Neurobiologia della Scuola Normale Superiore. I principali campi di indagine sono:

- Studio dei fattori che regolano lo sviluppo e la plasticità del sistema nervoso.
Per plasticità neurale si intende la modificabilità dei circuiti nervosi in risposta all’esperienza. L’esperienza, attraverso la modulazione dell’attività elettrica, lascia tracce profonde nei nostri circuiti neurali, in particolar modo durante lo sviluppo ma, in minor misura, anche nell’adulto. Durante un breve periodo dell’infanzia (periodo critico), le esperienze modellano in maniera definitiva quello che sarà il comportamento per il resto della vita. La mancanza di una corretta interazione con l’ambiente durante il periodo critico può condurre a modificazioni permanenti dell’organizzazione corticale, con un conseguente danno alle funzioni nervose. Questa ricerca studia attraverso quali meccanismi l’esperienza modelli e modifichi i circuiti nervosi utilizzando tecniche avanzate di neuroanatomia, elettrofisiologia in vivo ed in vitro, neurochimica, imaging e tecniche di comportamento e si articola in diverse linee:

• Studio del ruolo e del meccanismo di azione delle neurotrofine nel regolare la plasticità corticale visiva.
• Studio dei meccanismi che determinano il decorso temporale del periodo critico.
• Studio delle vie di trasduzione del segnale alla base della plasticità sinaptica nella corteccia visiva in sviluppo.
• Studio degli effetti di particolari ambienti (ambienti arricchiti) sullo sviluppo anatomico e sulle proprietà funzionali delle connessioni corticali visive.

- Degenerazione e rigenerazione nel Sistema nervoso centrale:

• Studio dei meccanismi della morte cellulare dopo lesioni traumatiche del sistema nervoso centrale. Studio dell’espressione genica nei neuroni in degenerazione.
• Studio dei meccanismi che regolano la reazione a trauma utilizzando tecniche avanzate di elettrofisiologia e di imaging.
• Modelli per lo studio dei meccanismi molecolari di malattie neurodegenerative (in particolare della Malattia di Alzheimer)
• Sviluppo e caratterizzazione di nuove strategie terapeutiche per promuovere la sopravvivenza e la rigenerazione dopo lesioni cerebrali e per contrastare la neurodegenerazione:
• somministrazione di fattori neurotrofici;
• somministrazione di anticorpi ricombinanti
• Studi di biochimica e di biofisica molecolare per la caratterizzazione di neurotrofine ricombinanti ingegnerizzate per ottimizzare le applicazioni terapeutiche
• Sviluppo ed applicazione della espressione intracellulare di anticorpi ricombinanti (intrabodies) per interferire in modo localizzato con le funzioni di specifiche proteine in neuroni

Un elemento caratterizzante di questa linea di ricerca è la valutazione dell’efficacia terapeutica delle strategie adottate in termini di ripristino della funzione danneggiata.

Attivita’ didattica in neurobiologia
L’attività didattica per il corso di perfezionamento si articola nei corsi della Scuola e in cicli di seminari su argomenti di frontiera nel campo della Neurobiologia.