CdSFISICA
Codice256BB
CFU6
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano
| Moduli | Settore/i | Tipo | Ore | Docente/i | |
| FISICA DELLE ONDE GRAVITAZIONALI A | FIS/02 | LEZIONI | 36 |
|
Al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze necessarie ad iniziare una attività di ricerca nel campo delle onde gravitazionali. Avrà inoltre gli strumenti necessari per comprendere il contributo dei risultati ottenuti dalla rivelazione delle onde gravitazionali ad altri campi della fisica. Con l'accordo degli studenti il corso potrà essere tenuto in inglese.
At the end of the course the student will have the necessary knowledge to begin a research activity on gravitational waves. He will have the tools needed to understand how results from gravitational wave detection can contribute to other fields of physics. In agreement with the students, lectures can be held in English.
La verifica avverrà attraverso un seminario su un argomento concordato e successiva discussione. Si valuterà la padronanza dell'argomento scelto e del suo contesto scientifico.
Assessment through a seminar and successive discussion. The avaluation is on how well the subject and the scientific context are mastered.
Al termine del corso lo studente potrà valutare il rumore presente di un rivelatore di onde gravitazionali e i tipi di segnali che possono essere rivelati, qual'è lo stato della disciplina e le prospettive future.
At the end of the course the student will be able to estimate the noise present in a gravitationa wave detector, the signals that can be detected, what the state of the art in gravitational wave study and the future prospects.
Le capacità saranno verificate nell'ambito del seminario finale.
Assessment occurs during the final seminar.
Lo studente potrà acquisire conoscenze trasversali in numerosi campi della fisica rimasti a lungo separati, che vengono riuniti dallo studio della fisica delle onde gravitazionali.
The student will learn behaviours about many disconnected subjects of physics but are seen together ducing the study of gravitational waves.
Le conoscenze trasversali saranno valutate nel seminario finale.
Behaviours are assessed in the final seminar.
E' necessario avere una buona conoscenza della fisica classica: meccanica, gravitazione newtoniana, termodinamica, elettromagnetismo, relatività ristretta e dei primi elementi di meccanica quantistica.
La conoscenza della Relatività Generale è auspicabile .
Good working knowledge of classical physics: mechanics, Newtonian gravitation, thermodynamics, electromagnetism, special relativity theory, elements of quantum mechanics.
General Relativity notions are recommended.
Le lezioni si tengono con l'ausilio di un videoproiettore connesso a computer. Si riproduce la scrittura alla lavagna, corredata da immagini, grafici e filmati.
E' prevista la visita all'interferometro Virgo.
Lectures with slides and handwriting on screen.
Visit to the Virgo interferometer.
- Cenni di Relatività generale. Trasformazioni di Lorentz. Invarianti. Tensori. Polvere e flusso di particelle. Tensore energia impulso. Derivata covariante.Tensore di curvatura. Deviazione geodetica. Moto con curvatura debole determinata da potenziale newtoniano. Metrica stazionaria e conservazione dell'energia. Equazione della geodetica per le componenti spaziali e secondo principio della dinamica. Equazioni di Einstein. Equazioni di Einstein in campo debole, equazione d'onda. Metrica di una onda gravitazionale in gauge TT. Effetto sulla materia. Analogia con le onde elettromagnetiche, espressione per il quadrupolo TT. Espressione per il flusso di energia associato alle onde gravitazionali. Energia irraggiata da GW150914.
- Sorgenti astrofisiche di onde gravitazionali. Lo spettro elettromagnetico e lo spettro di onde gravitazionali. Formula di emissione di quadrupolo. Stelle di neutroni e pulsar: contesto astrofisico e caratteristiche principali. Emissione elettromagnetica e formule approssimate di dipolo. Diagramma P-Pdot. Emissione di onde gravitazionali. Caso di ellissoide in rotazione. Angolo di inclinazione. Spin-down limit e limiti osservativi.
- Formula di flusso e luminosità nelle onde gravitazionali. Sistemi binari: contesto astrofisico e osservazioni. Binarie di stelle di neutroni e di buchi neri. Pulsar di Hulse-Taylor. Evoluzione dei sistemi binari. Emissione di onde gravitazionali da sistemi binari, inclinazione, luminosità. Decadimento orbitale e coalescenza. Massa di chirp. Emissione di onde gravitazionali da coalescenza. Le prime osservazioni di binarie di buchi neri durante O1, O2 e O3. Lo scenario osservativo futuro post O3.
- Astronomia multimessaggera. Sorgenti astrofisiche multimessaggere. Il caso dei GRB, supernovae e pulsar. Localizzazione e EM-follow up. IL programma di follow-up e il caso di GW150914. L'evento GW170817 e la nascita dell'astronomia multimessaggera. Osservazioni e risultati dall'evento. Cenno a interferometri di 3 generazione e LISA
- Introduzione all'analisi dati. Processi stocastici. Distribuzioni di probabilità a tempi diversi. Distribuzioni congiunte. Media e varianza. Autocorrelazione. Stazionarietà, rumore Gaussiano. Spettro di potenza. Significato e proprietà dello spettro di potenza. Richiamo al teorema di Bayes. Filtro ottimale e statistica associata. Matched filter e template. Rapporto segnale rumore. Analisi di segnali impulsivi con la statistica di eccesso di potenza. Rumore non stazionario e glitches. Probabilità di falso allarme, efficienza di rivelazione. Applicazioni di reti neurali nella caratterizzazione dei glitch negli interferometri. Analisi di sorgenti continue. Correzioni baricentriche e correzioni legate allo spin-down. Timing noise. Cenni ai tipi di metodi di ricerca: targeted, directed e all sky.
- Notions of General Relativity. Lorentz transformations, invariants. Tensors. Dust and particle flux. Stress-energy tensor. Covariant derivative. Curvature tensor. Geodesic deviation.Moton in low curvature from Newtonian potential. Stationary metric and energy conservation. Geodesic equation for the the spatial components and second principle of dynamics. Einstein equations. Weak field, wave equation. Metric of a gravitational wave in the TT gauge. Effect on matter. Analogy with electromagnetic waves, TT quadrupole formula. Energy flow of gravitational waves. Energy radiated by GW 150914.
- Astrophysical sources of gravitational waves. Electromagnetic and gravitational wave spectrum. Quadrupole emission formulae. Neutron star and pulsar: astrophysical context and main characteristics. EM emission and approximate dipole formulae. P-Pdot diagram. GW emission. Case of ellipsoid rotation. Inclinaton angle. Spin-down and observational limits.
- Energy flow and luminosity for GW. Binary systems: astrophysical context and observations. Binary neutron star and binary black hole. GW emission, from binary systems, inclination, luminosity. Orbital decay and coalescence. Chirp mass. GW emission from coalescence. Observations from O1, O2 and O3 runs. Observational scenario afer O3.
- Multimessenger astronomy. Astrophysical multimessenger sources. GRB, supernovae and pulsar. Localisation and EM follow-up. The follow up progran and the case of GW150914. GW170817 and the birth of multimessenger astronomy. Observations and results from the event. Third generation interferometersn and LISA.
Bernard F. Schutz, A First Course in General Relativity, Cambridge University Press, 1985.
Misner, Thorne, Wheeler, Gravitation, W.H. Freeman & Co, 1973.
M. Maggiore, Gravitational Waves, Vol I and II, Oxford University Press.
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R. Loudon, The Quantum Theory of Light, Oxford University Press, 2000.
A. Siegman, Lasers, Univ Science Books, 1986.
M. Maggiore, Gravitational Waves, Vol I and II, Oxford University Press.
L'esame è composto da una prova orale sotto forma di seminario.
Oral seminar.