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Fisica

Attività di ricerca

La fisica è sempre stata al centro della ricerca scientifica della SNS con docenti e studenti altamente selezionati, come testimoniano i due ex studenti e premi Nobel della SNS Enrico Fermi e Carlo Rubbia, tra i molti altri fisici d’eccezione. I dottorandi hanno l'opportunità di lavorare quotidianamente a stretto contatto con i maggiori esperti in vari campi, dalla fisica subatomica alla cosmologia, e di condurre ricerche sia teoriche che sperimentali. Il lavoro interdisciplinare con altre aree (matematica, chimica, biologia) è fortemente incoraggiato. La SNS offre un ambiente inclusivo, gender-balanced e internazionale (tutti i corsi sono in inglese) che attrae i migliori talenti di tutto il mondo (attualmente, circa il 40% degli studenti provengono da nazioni straniere) nella splendida regione Toscana in cui si trova Pisa. Attualmente la ricerca presso la Scuola Normale Superiore copre le seguenti aree: Cosmologia e Astrofisica, Fisica delle alte energie, Materia condensata. Queste sono descritte di seguito.


Aree di ricerca

Sostenuta dai recenti progressi sperimentali e teorici che hanno consentito l'esplorazione delle frontiere cosmiche fino a un'epoca in cui l'Universo era solo una piccola percentuale della sua età attuale, la ricerca in Cosmologia e Astrofisica si concentra sui processi fisici sottostanti all'evoluzione cosmica. La ricerca si basa su una combinazione di indagini teoriche, simulazioni numeriche basate sul supercalcolo e dati sperimentali. Più specificamente, il gruppo di ricerca in quest'area lavora sulla formazione delle prime galassie, dei buchi neri, del loro impatto e della loro struttura. Siamo anche coinvolti nell'area della "21 cm line cosmology", con lo scopo di studiare la reionizzazione cosmica e la natura della materia oscura. La ricerca viene eseguita nell'ambito di grandi collaborazioni internazionali, con HST, SKA e ALMA e in collaborazione con l'INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica). Recentemente, sono state lanciate nuove linee di ricerca, come l'Astrobiologia.

La ricerca nel campo della Fisica delle interazioni fondamentali ha una lunga tradizione presso la Scuola Normale. È portata avanti in completa sinergia con l'INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). L'attività di LHC al CERN e gli esperimenti di ricerca sulla materia oscura rendono il futuro della fisica delle alte energie molto promettente. La domanda più importante è posta dalla recente scoperta del Bosone di Higgs: non sappiamo ancora se questa particella sia il tanto atteso Bosone di Higgs del Modello Standard o la prima particella di un nuovo settore della fisica che potrebbe permetterci di fare il primo passo verso la risoluzione di problemi aperti su scala elettro-debole. A un livello più formale, la questione centrale è una comprensione più profonda della teoria dell'interazione gravitazionale. Questa linea di ricerca è portata avanti con enfasi sulla teoria dei campi ad alto spin, su questioni relative alla rottura della Supersimmetria nella Teoria delle Stringhe e nella Supergravità, sulle loro applicazioni alla Cosmologia e su alcune proprietà generali di realizzazioni non lineari, con un occhio verso le dualità delle stringhe e verso le basi stesse della Teoria delle stringhe. Oltre a queste attività teoriche e fenomenologiche, i ricercatori e gli studenti della SNS sono impegnati negli esperimenti CMS e LHCb presso il Large Hadron Collider del CERN, che coprono le ricerche dirette della fisica oltre il modello standard e misure di precisione.

La Fisica della Materia Condensata alla SNS comprende varie aree di ricerca, che vanno dalla fisica dei metalli e dei semiconduttori ai superconduttori. Queste aree condividono un profondo interesse per la fisica delle nanostrutture. I nostri scienziati sono molto interessati ai nuovi materiali, come ad es. il grafene. La ricerca sulla materia condensata presso il nostro laboratorio National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology (NEST) riguarda la fisica a basse temperature, il trasporto in nanostrutture e la nano-fotonica. Dal punto di vista teorico, la maggior parte dell'attenzione è stata dedicata allo studio dei sistemi a molti corpi trasporto quantistico, ottica quantistica, quantum information e proprietà elettroniche / ottiche dei semiconduttori. Una caratteristica chiave della ricerca sulla materia condensata presso la SNS è quella di combinare la ricerca sulla fisica fondamentale con il suo impatto sulle tecnologie emergenti.

Attività didattica

L’attività didattica comprende lezioni e seminari. I dottorandi in Fisica concorderanno annualmente con il Coordinatore del dottorato un piano di studi da presentare al Consiglio di Classe. Tale documento specificherà le attività di ricerca e formazione pianificate per l'anno accademico in corso. I dottorandi devono frequentare almeno tre corsi e superare gli esami corrispondenti. I corsi dovrebbero essere scelti in modo da ampliare il background di fisica degli studenti e approfondire aspetti specifici legati al progetto di tesi di dottorato. Alla fine del primo anno si prevede che gli studenti, in stretta consultazione con il Coordinatore e con l'approvazione del Consiglio di Classe, scelgano il relatore e il progetto della propria Tesi. Alla fine del secondo anno gli studenti devono presentare una relazione scritta (chiamata pre-tesi) relativa alla ricerca svolta e ai risultati raggiunti fino a quel momento, corredata da eventuali pubblicazioni prodotte. I lavori di pre-tesi saranno discussi durante una presentazione orale davanti a un gruppo di esperti nominati dal Consiglio di Classe. Gli studenti saranno poi ammessi al terzo e quarto anno, durante i quali la ricerca dovrà essere completata e condensata in una Tesi. In base alle esigenze della ricerca, gli studenti sono incoraggiati a trascorrere periodi di studio e ricerca presso istituzioni italiane e straniere.