ACCELERATOR PHYSICS AND RELATIVISTIC ELECTRODYNAMICS

Obiettivi formativi

ITA GENERALI L'insegnamento si propone di fornire agli studenti una comprensione dei principi della relatività ristretta con attenzione all'applicazione alla fisica degli acceleratori di particelle. Verrà discusso il legame tra la relatività e la meccanica classica, l'elettromagnetismo e la trasformazione dei campi tra sistemi di riferimento inerziali. Il corso introdurrà inoltre i fondamenti del moto relativistico di cariche in campi elettrici e magnetici, con un focus sul funzionamento degli acceleratori di particelle moderni, tra cui acceleratori lineari, ciclotroni e sincrotroni. L’obiettivo finale è fornire agli studenti non solo le conoscenze teoriche, ma anche le competenze pratiche necessarie per analizzare e progettare schemi di accelerazione delle particelle e dispositivi correlati. Attraverso lo studio del moto di betatrone e sincrotrone, gli studenti saranno in grado di comprendere il funzionamento degli acceleratori circolari e di utilizzare strumenti di simulazione come il codice XSuite (https://xsuite.readthedocs.io/en/latest/) in modo indipendente. SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: acquisire conoscenze sui principi della relatività ristretta e la loro applicazione alla fisica degli acceleratori di particelle, comprese le trasformazioni dei campi elettromagnetici tra sistemi inerziali e il funzionamento di acceleratori lineari e circolari. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: analizzare il moto delle cariche nei diversi dispositivi come dipoli e quadrupoli magnetici, nonché valutare la potenza irraggiata dalle cariche elettriche negli acceleratori circolari. • Autonomia di giudizio: valutare il funzionamento degli acceleratori circolari attraverso lo studio del moto di betatrone e sincrotrone e utilizzare autonomamente il codice XSuite per la simulazione della dinamica delle particelle. • Abilità comunicative: esporre in modo chiaro e rigoroso i concetti relativi agli acceleratori di particelle, utilizzando il linguaggio tecnico appropriato. • Capacità di apprendimento: sviluppare competenze che permetteranno di approfondire in autonomia tematiche avanzate nel campo della fisica degli acceleratori e delle tecnologie correlate.

Canale 1
MAURO MIGLIORATI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Richiamo delle leggi fondamentali della fisica classica. Principio di relatività di Galileo, meccanica newtoniana. Trasformazioni di Galileo, spazio e tempo assoluti. Le Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche. Limiti della meccanica classica e Teoria della relatività speciale. Teoria dell'etere. Esperimento di Michelson e Morley, teorie alternative per la spiegazione dei risultati. Trasformazioni di Lorentz e cinematica relativistica. Concetto di simultaneità, dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze. Trasformazione delle velocità, dinamica relativistica, quantità di moto, energia, trasformazione delle forze. Equazioni di Maxwell e Relatività. Trasformazioni delle densità di carica e di corrente, trasformazione dei campi E e B e dei potenziali. Campo di una carica in moto rettilineo uniforme. Covarianza delle Equazioni di Maxwell. Elettrodinamica Relativistica ed applicazioni agli acceleratori di particelle. Equazioni del moto di una carica in un campo elettromagnetico in coordinate cartesiane e cilindriche. Carica accelerata in campo elettrico. Effetti curvanti del campo B, moto di ciclotrone. Sviluppo multipolare del campo magnetico in dispositivi magnetici per acceleratori. Dinamica longitudinale e trasversa di un fascio di particelle. Radiazione di sincrotrone. Tecnologie e Sistemi degli Acceleratori. Sistemi acceleranti a radiofrequenze. Sistemi focheggianti e curvanti negli acceleratori di particelle. Acceleratori lineari. Acceleratori circolari. Stabilità e controllo di fasci di particelle.
Prerequisiti
Lo studente deve avere conoscenze di base di meccanica ed elettromagnetismo. Non sono richieste propedeuticità.
Testi di riferimento
Appunti distribuiti dal docente Libri specifici su acceleratori di particelle, ad es.: S. Y. Lee, Accelerator Physics, World Scientific.
Modalità insegnamento
Lezioni frontali con esercizi ed esempi numerici. Nel caso in cui, per l'emergenza pandemica, non sia possibile lo svolgimento delle lezioni in presenza, la modalità del corso sarà di tipo blended o a distanza a seconda delle disposizioni normative.
Frequenza
La frequenza al corso è facoltativa
Modalità di esame
La prova scritta consiste in esercizi sulla relatività e sulla radiazione di una carica accelerata. La prova orale consiste in una tesina/presentazione dello studente su uno degli argomenti svolti a lezione con approfondimenti e domande anche su altri argomenti
Bibliografia
S. Y. Lee, Accelerator Physics, World Scientific. R. Resnick, Introduction to Special Relativity, John Wiley & Sons Inc.
Modalità di erogazione
Spiegazione delle lezioni di teoria e svolgimento di esercizi che seguono il programma del corso su lavagna classica, lavagna multimediale interattiva, tablet con proiezione in aula, oppure mediante presentazioni.
MAURO MIGLIORATI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Richiamo delle leggi fondamentali della fisica classica. Principio di relatività di Galileo, meccanica newtoniana. Trasformazioni di Galileo, spazio e tempo assoluti. Le Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche. Limiti della meccanica classica e Teoria della relatività speciale. Teoria dell'etere. Esperimento di Michelson e Morley, teorie alternative per la spiegazione dei risultati. Trasformazioni di Lorentz e cinematica relativistica. Concetto di simultaneità, dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze. Trasformazione delle velocità, dinamica relativistica, quantità di moto, energia, trasformazione delle forze. Equazioni di Maxwell e Relatività. Trasformazioni delle densità di carica e di corrente, trasformazione dei campi E e B e dei potenziali. Campo di una carica in moto rettilineo uniforme. Covarianza delle Equazioni di Maxwell. Elettrodinamica Relativistica ed applicazioni agli acceleratori di particelle. Equazioni del moto di una carica in un campo elettromagnetico in coordinate cartesiane e cilindriche. Carica accelerata in campo elettrico. Effetti curvanti del campo B, moto di ciclotrone. Sviluppo multipolare del campo magnetico in dispositivi magnetici per acceleratori. Dinamica longitudinale e trasversa di un fascio di particelle. Radiazione di sincrotrone. Tecnologie e Sistemi degli Acceleratori. Sistemi acceleranti a radiofrequenze. Sistemi focheggianti e curvanti negli acceleratori di particelle. Acceleratori lineari. Acceleratori circolari. Stabilità e controllo di fasci di particelle.
Prerequisiti
Lo studente deve avere conoscenze di base di meccanica ed elettromagnetismo. Non sono richieste propedeuticità.
Testi di riferimento
Appunti distribuiti dal docente Libri specifici su acceleratori di particelle, ad es.: S. Y. Lee, Accelerator Physics, World Scientific.
Modalità insegnamento
Lezioni frontali con esercizi ed esempi numerici. Nel caso in cui, per l'emergenza pandemica, non sia possibile lo svolgimento delle lezioni in presenza, la modalità del corso sarà di tipo blended o a distanza a seconda delle disposizioni normative.
Frequenza
La frequenza al corso è facoltativa
Modalità di esame
La prova scritta consiste in esercizi sulla relatività e sulla radiazione di una carica accelerata. La prova orale consiste in una tesina/presentazione dello studente su uno degli argomenti svolti a lezione con approfondimenti e domande anche su altri argomenti
Bibliografia
S. Y. Lee, Accelerator Physics, World Scientific. R. Resnick, Introduction to Special Relativity, John Wiley & Sons Inc.
Modalità di erogazione
Spiegazione delle lezioni di teoria e svolgimento di esercizi che seguono il programma del corso su lavagna classica, lavagna multimediale interattiva, tablet con proiezione in aula, oppure mediante presentazioni.
ANDREA MOSTACCI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Il corso si tiene in inglese, guardare il programma in inglese.
Prerequisiti
Corsi di Fisica e di Elettromagnetismo di base
Testi di riferimento
Appunti distribuiti dal docente Materiale disponibile sul sito https://classroom.google.com/c/MTc3OTM0NDMxOTg0
Modalità insegnamento
Lezioni e visite didattiche
Frequenza
La frequenza è facoltativa, ma consigliata. Se uno studente per qualche motivo non ha potuto effettuare le esperienze di laboratorio, sono previsti dei giorni di recupero da concordare con il docente.
Modalità di esame
L'esame consiste in una prova orale che comprende la presentazione di una tesina
Modalità di erogazione
Il corso si svolge con lezioni in aula di tipo tradizionale integrate da visite didattiche.
ANDREA MOSTACCI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Il corso si tiene in inglese, guardare il programma in inglese.
Prerequisiti
Corsi di Fisica e di Elettromagnetismo di base
Testi di riferimento
Appunti distribuiti dal docente Materiale disponibile sul sito https://classroom.google.com/c/MTc3OTM0NDMxOTg0
Modalità insegnamento
Lezioni e visite didattiche
Frequenza
La frequenza è facoltativa, ma consigliata. Se uno studente per qualche motivo non ha potuto effettuare le esperienze di laboratorio, sono previsti dei giorni di recupero da concordare con il docente.
Modalità di esame
L'esame consiste in una prova orale che comprende la presentazione di una tesina
Modalità di erogazione
Il corso si svolge con lezioni in aula di tipo tradizionale integrate da visite didattiche.
  • Codice insegnamento1042011
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoIngegneria Elettronica - Electronics Engineering
  • CurriculumIngegneria Elettronica (percorso valido anche ai fini del conseguimento del doppio titolo italo-statunitense o italo-francese)
  • Anno2º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDFIS/01
  • CFU6