Astrophysics and Cosmology - Astrofisica e Cosmologia

Basi sperimentali della Gravitazione ------------------------------------------------------- - Massa inerziale e massa gravitazionale, la teoria Newtoniana della gravitazione. Verifiche sperimentali. Isotropia e omogeneità dello spazio e del tempo. Principio di equivalenza in Relatività Generale. Esperimento di Roll, Krotkov e Dicke. Omogeneità del tempo. Invarianza per traslazione e red shift gravitazionale. Esperimento di Pound e Rebka. Esperimento di Vessot. Invarianza di Lorentz. - Implicazioni teoriche e verifiche sperimentali della costanza nel tempo di G. Verifiche classiche della Relatività Generale. Precessione di Mercurio, deflessione della luce, ritardo eco radar. Formalismo “Parametrized Post-Newtonian, PPN”. Valori dei parametri PPN in Relatività Generale e loro significato fisico. Test sui valori dei parametri PPN basati sulle osservazioni nel sistema solare nei sistemi binari: deviazione della luce, ritardo dell'eco radar, interferometria su grande base e precessione del perielio di Mercurio. Opzionale: Limiti sperimentali relativi alla validità del principio di equivalenza forte e metodi osservativi basati sul Lunar Laser Ranging. - L’ effetto gravito-magnetico e le basi sperimentali per la sua rivelazione. Onde Gravitazionali e loro effetto sulla materia ------------------------------------------------------- - Onde gravitazionali come soluzioni delle equazioni d’Einstein. Effetto su masse di prova. Intensità e luminosità della sorgente. Generazione di onde gravitazionali: legame con il momento di quadrupolo di massa, quadrupolo oscillante e quadrupolo rotante. Riduzione del periodo orbitale per emissione di onde gravitazionali: il caso emblematico del sistema PSR1913+16 ed i nuovi sistemi doppi. - Cenni sulle sorgenti astrofisiche di onde gravitazionali. Rivelatori per onde gravitazionali. ------------------------------------------------------- - Rumore negli strumenti di misura. Processi stocastici. Media, varianza, correlazione, autocorrelazione. Segnali (continui e discreti) e rumore. Elementi di probabilità e statistica. Processo di Poisson. Sistemi (trasformazione dei dati). Trasformata di Laplace. Trasformata di Fourier. Spettro di potenza. Teorema di Fluttuazione-Dissipazione. Rumore termico nei circuiti. Rumore termico in un pendolo. Abbattimento del rumore sismico e del rumore termico: sistemi di sospensione. Rivelatori ottici a larga banda. ------------------------------------------------------- Interferometro di Michelson e Cavità Fabry-Perot. Ricircolo della luce. Sistemi opto- meccanici con retroazione: Tecnica di Pound-Drever-Hall per il controllo delle cavità Fabry-Perot. Riduzione del rumore shot e di pressione di radiazione. Power e Signal Recycling. Il rumore Newtoniano. Il limite quantistico dei rivelatori gravitazionali e le strategie d’aggiramento di tale limite. Analisi dei dati: Teoria ed Applicazioni ------------------------------------------------------- - Stima spettrale (periodogramma, stime auto-regressive, spettrogrammi). Il rapporto segnale rumore e il problema del filtraggio lineare dei dati. Filtraggio (filtro di Wiener, filtro adattato, filtri triangolari). Teoria della rivelazione. Procedure in rumore non-stazionario. Analisi di immagini. Estrazione di segnali gravitazionali e stime dei parametri. Sorgenti di onde gravitazionali: coalescenza di sistemi binari, stelle di neutroni rotanti, collasso stellare; fondo astrofisico e fondo cosmologico di onde gravitazionali. - Analisi dei dati open raccolti dai rivelatori interferometrici LIGO-Virgo (https://www.gw openscience.org/). Argomenti opzionali Rivelatori spaziali e pulsar timing.

Risulta importante possedere una conoscenza adeguata degli argomenti trattati nei corsi di Fisica della laurea triennale. Sono ritenute utili le conoscenze di base sul calcolo delle Probabilità e Statistica, come anche l’algebra tensoriale.

• L. Landau, E.Lifshitz, Teoria dei campi, Editori Riuniti • Ciufoli, J. A. Wheeler : Gravitation and Inertia, Princeton University Press, 1995 • A. Papoulis, S. Unnikrishna Pillai , Probability, Random Variables and Stochastic Processes, McGraw-Hill, 2002 • H. C. Ohanian, R. Ruffini Gravitazione e spazio-tempo, Zanichelli, 1997 • Clifford M. Will, Theory and Experiment in Gravitational Physics, Cambridge University Press • P. Saulson, Fundamentals of Interferometric Detection of Gravitational waves, World Scientific 1994 • C.Will, Was Einstein Right? Testing Relativity at the Centenary; gr-qc/0504086 • C.M.Will, The Confrontation between General Relativity and Experiment; gr-qc/0103036 • E.G. Adelberger, B.R. Heckel, and A.E. Nelson: Tests of the Gravitational Inverse- Square law; ArXiv:hep-ph/0307284 • G.Pizzella, Fisica Sperimentale del Campo Gravitazionale, Nuova Italia, 1993 • A.M.Nobili, Precise gravitation measurements on Earth and in space: Tests of the Equivalence Principle - http://eotvos.dm.unipi.it/nobili/murst/varenna2000/nobili2.pdf • Fulvio Ricci’s notes: https://sites.google.com/a/uniroma1.it/fulvio-ricci/didattica/gravitazione-sperimentale • Sergio Frasca’s notes: https://drive.google.com/drive/folders/1-GfrpXDVYO5wj0MjcQoJKdma8SXrt_XN

non obbligatoria ma altamente raccomandata

L'esame consiste in una prova orale sui temi illustrati nel corso, partendo da una presentazione dello studente relativa all’approfondimento di uno di questi.