CURRICULUM DI FISICA INTERDISCIPLINARE E APPLICATA
 

Il curriculum di Fisica Interdisciplinare e Applicata è finalizzato alla formazione di studenti intenzionati ad intraprendere una carriera professionale nelle applicazioni della Fisica alla Medicina, all’ Industria, all’Economia, e all’Information and Communication technology. A causa delcarattere interdisciplinare del curriculum, i Dipartimenti Fisici incoraggiano le iscrizioni sia di studentiin possesso di Laurea Magistrale in Fisica, sia di studenti che, pur avendo un forte interesse per la Fisica, siano in possesso di Laurea Magistrale in altre discipline scientifiche qualiIngegneria, Scienza dei Materiali, Matematica, Chimica, Biologia, Medicina. In quest’ultimo caso gli studenti interessati dovranno tener conto della necessità di un maggiore impegno necessario per affrontare gli studirichiesti per il conseguimento del titolo di dottore di ricerca in Fisica.

Il Curriculum in Fisica Interdisciplinare e Applicata è strutturato in maniera flessibile e fornisce un percorso formativo in un vasto repertorio di tematiche con molte opportunità di svolgere lavoro di ricerca, sperimentale e teorica, in un ampio e qualificato contesto interdisciplinare, con la possibilità di essere inseriti nei gruppi di ricerca e nelle reti di collaborazione con università, industrie, ospedali e qualificati centri di ricerca in Italia e all’estero. Gli studenti sono guidati a sviluppare una capacità di risoluzione di un ampio spettro di problemi fisici di rilevanza applicativa. A tal fine vengono mantenuti, nel percorso formativo del dottorando, i corsi dell’attuale Dottorato di Ricerca in Fisica che interessano gli aspetti fondamentali, integrandoli con corsisulle tematiche più specifiche che riguardano le quattro maggiori aree di ricerca interdisciplinare che, allo stato attuale, sono presenti nei due Dipartimenti Fisici dell’ Università di Pavia:
 

Fisica Biomedica
 

Questo programma copre un ampio spettro nella crescente interazione fra Fisica e Medicina, e sfrutta laconsolidata esperienza, sia nazionale che internazionale, presente nei Dipartimenti di Fisica dal campo della biofisica delle radiazioni, della radiobiologia di base e applicata (in particolare alla radioterapia e alla radioprotezione), alle tecniche avanzate di diagnostica, di dosimetria e di rivelatori con applicazioni biomediche. È un tipico esempio di attività interdisciplinare in cui fisici, chimici, biologi e medici collaborano per la comprensione dei meccanismi di base della formazione del danno da radiazione a partire dalla deposizione iniziale di energia (struttura di traccia). Vengono studiati i processi che determinano il danno radioindotto a livello subcellulare (al DNA, dalle lesioni inziali a endpoints come le aberrazioni cromosomiche), cellulare (come l’inattivazione clonogenica) e sovracellulare (tra i quali i processi mediati dalla comunicazione intercellulare). Vengono utilizzati approcci sperimentali e teorici (sviluppo di modelli meccanicistici e fenomenologici, tecniche di simulazione Monte Carlo e non, ecc.), vengono studiati metodi, applicazioni e tecniche di ottimizzazione in radioterapia e in radioprotezione. Presso il reattore TRIGA (Laboratorio di Energia Nucleare Applicata) è stata sviluppata una applicazione della Boron Neutron Capture Therapy per il trattamento delle metastasi diffuse in vari organi (fegato, polmoni).

Fra i progetti di particolare interesse vi sono anche lo studio di tecniche di Imaging avanzato utilizzando la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR),lo sviluppo, in collaborazione con i medici della clinica medica dell’IRCCS Policlinico S. Matteo,di strumentazioni biomedicali, e.g. il brevetto VISCO5 per la determinazione automatica della viscosità ematica in varie situazioni di interesse clinico, la produzione di radiofarmaci presso il LENA e l’utilizzo di rivelatori a gas RPC per rivelare radiazione gamma in ambiti diagnostici quali la tomografia ad emissione di positroni (PET). Significativa è anche l’interazione con la fotonica e le nanotecnologie nello studio e nella progettazione di dispositivi per la rivelazione di piccole quantità di molecole biologiche.

Inoltre a Pavia, nella zona dei Dipartimenti di Fisica e dell’IRCCS Policlinico S. Matteo, è in fase di completamento la costruzione del CNAO (Centro Nazionale per l’Adroterapia Oncologica), centro per la radioterapia con protoni e ioni carbonio, unico in Italia ed il quarto nel mondo. Sia il Policlinico sia l’Università (in particolare i Dipartimenti di Fisica) sono coinvolti a vari livelli in tale progetto. La realizzazione e la gestione di questo centro e la ricerca per l’ottimizzazione delle tecniche e dei piani di trattamento richiedono competenze di alto livello che il curriculum in Fisica Interdisciplinare e Applicata delDottorato in Fisica di Pavia intende formare.

 

Studiosi partecipanti alla Ricerca: F. Ballarini, A. Coppola, E. Giroletti, A. Ottolenghi, D. Scannicchio Domenico
 

 Fotonica e Nanotecnologie

 

Il Dipartimento di Fisica “A.Volta” dell’Università di Pavia e l’unità di Pavia del Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze Fisiche della Materia (CNISM), in collaborazione con l’Istituto Nazionale per la Fisica della Materia (CNR-INFM), sono fortemente impegnate nella ricerca fondamentale e applicata sullo studio teorico, le proprietà elettroniche e ottiche, e le nano-tecnologie di fabbricazione dei materiali di ultima generazione per l’optoelettronica e la fotonica. Questi sistemi, caratterizzati da strutture fotoniche su scala sub-micrometrica realizzate in materiali e nanostrutture di semiconduttori, sono di grande interesse sia per lo studio di fenomeni fisici di base sia per la realizzazione di dispositivi miniaturizzati quali interconnessioni ottiche integrate, transistor ottico, laser a bassa soglia. Essi costituiscono gli elementi di base per la realizzazione dell’equivalente ottico di un circuito elettronico, con enormi ricadute di tipo tecnologico e industriale. Fra i progetti di particolare interesse vi è lo studio dell’emissione di luce in nanostrutture e cristalli fotonici di Silicio drogati con Erbio, in vista dello sviluppo di LED e laser compatibili con la tecnologia CMOS. L’interazione radiazione-materia in cristalli fotonici di semiconduttori III-V contenenti quantum dots si presta alla realizzazione di nano-dispositivi (ad esempio, sorgenti di singoli fotonici e di fotoni correlati) per la quantum information. Un’altra applicazione di grande portata delle nanostrutture fotoniche riguarda lo sviluppo di dispositivi per la rivelazione di piccole quantità di molecole biologiche, ossia di bio-sensori, combinando l’altissima sensibilità delle sonde ottiche su scala sub-micrometrica con la possibilità di legare bio-molecole per via chimica a nanoparticelle metalliche e superfici nanostrutturate. In questo contesto assumono grande importanza le nuove tecnologie che utilizzano risonanze fotoniche e plasmoniche di superficie, quali surface-enhanced Raman scattering, localized surface-plasmon resonance spectroscopy, ecc. In generale, la ricerca svolta a Pavia punta ad una comprensione profonda, sia teorica che sperimentale, delle proprietà di nanostrutture fotoniche e plasmoniche per quanto riguarda le proprietà fisiche fondamentali di questi materiali e per le loro prossime applicazioni alla tecnologia dei circuiti fotonici e al bio-sensing. Si tratta di un tipo di ricerca fortemente interdisciplinare con vari aspetti applicativi, che coinvolge problematiche di fisica, scienza dei materiali, ingegneria elettronica, chimica, biologia e che favorisce una proficua e consolidata sinergia con altri dipartimenti dell’Università. L’attività che si sviluppa a Pavia è inserita in una vasta rete di collaborazioni nazionali e internazionali, in particolare nell’ambito del Network of Excellence “PHOREMOST- NanPHOtonics to REalize MOlecular-Scale Technologies” della EU con accesso a grandi infrastrutture e centrali tecnologiche. Fruisce inoltre di contratti di collaborazione con industrie di ricerca avanzata quali ST Microelectronics. L’impegno del curriculum di Fisica Interdisciplinare e Applicata del Dottorato in Fisica di Pavia per la formazione e la ricerca in questo settore è pertanto di alto livello e rappresenta un importante canale di interfaccia fra Università e Industria, con opportunità per carriere professionali nello sviluppo delle tecnologie e nella ricerca avanzata in un contesto internazionale.
 

http://fisicavolta.unipv.it/dipartimento/ricerca/Fotonici/Index.htm
 

Studiosi partecipanti alla Ricerca: L.C. Andreani, M. Galli, G.Guizzetti, F. Marabelli, M.Patrini
 

Quantum Information e Quantum Computation
 
La Quantum Information e la Computazione Quantistica sono due dei campi della fisica in più rapido sviluppo, con legami profondi sia a problematiche di ricerca fondamentale in Meccanica Quantistica sia alle sue applicazioni tecnologiche più avanzate. Proprietà fisiche tipicamente quantistiche quali la complementarietà e l’entanglement hanno già permesso la realizzazione sperimentale della Quantum Criptography, e sebbene gli sviluppi di un computer quantistico siano ancora in una fase preliminare, c’è una enorme attività di ricercasia sperimentale che teorica in questo settore, con forti aspettativenel mondo industriale e nella information and communication technology. Si tratta di ricerche di forte carattereinterdisciplinare, che coinvolgono fisici, matematici, ingegneri, e esperti in computer science. In questi settori, la ricerca nell’ambito del Dottorato di Fisica a Pavia è di alto livellointernazionale, come testimoniato dal fatto che il gruppo di ricerca pavese di Quantum Information è ed è stato coordinatore di numerosi progetti di ricerca nazionali e membro di numerosi network di ricerca europei, in particolare del Network of Excellence QUIPROQUONE. Gli argomenti di ricerca affrontati a Pavia, spesso in collaborazione con importanti centri di ricerca internazionali, spaziano dai fondamenti della meccanica quantistica, alla tomografia quantistica, al teletrasporto, ai circuiti e algoritmi quantistici, allaprogettazione di nuovi esperimenti di fondamento che sfruttano l’ottica quantistica, allo studio di applicazioni all'information andcommunication technology, con particolare interesse alla crittografia. Pavia quindi rappresenta un ambiente di ricerca ideale per questo curriculum con ottime opportunità sia nell’ambito della ricerca fondamentale che in quello delle sue applicazioni tecnologiche.
 

http://www.qubit.it/
 
Studiosi partecipanti alla Ricerca: G.M.D’Ariano, C. Macchiavello, L. Maccone, M.F. Sacchi
 
Econofisica
L’econofisica è l’applicazione dei metodi tipici della fisica allo studio del mercato finanziario, considerato come un sistema complesso (H. E. Stanley).Si tratta di un nuovo campo di ricerca interdisciplinare dove i metodi propri della fisica statistica e teorica possono essere applicati con successo. In questo campo Pavia vanta un gruppo di ricerca molto attivo e pienamente inserito nella comunità internazionale, e che già collabora con successo, nell’ambito dell'Istituto Universitariodi Studi Superiori (IUSS) dell’Università di Pavia, con il Master Internazionale di secondo livello in “Metodi per la Gestione di Sistemi Complessi”. Diversamente dal Master, che mira alla formazione di nuove figure professionali e ad avere ricadute direttenel mondo del lavoro, il programma di econofisica del dottorato è diretto alla ricerca fondamentale in questo settore. In particolare esso riguarda lo sviluppo di nuove tecniche, derivate dalla meccanica statistica e dalla moderna teoria dei campi quantistici, per realizzare modelli teorici della dinamica dei mercati finanziari nonché della gestione e dell’analisi dei dati nei campi dell’Economia e della Finanza Quantitativa e, più in generale, della descrizione e simulazione di sistemi complessi di varia natura.
 

http://www.pv.infn.it/~montagna/personal/default.htm
 

Studiosi partecipanti alla Ricerca: G. Montagna, O. Nicrosini
 
 
 
 
 
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