0) Generalità su rivelazione radiazione, struttura esperimenti HEP, unità di misura, unità naturali. 1) Interazione radiazione con la materia. a) sezione d'urto, cammino libero medio, radioattività, cenni a sorgenti di particelle. b) particella cariche, perdita di energia per ionizzazione, scattering coulombiano multiplo, Bremsstrahlung, lunghezza di radiazione, perdite di energia per irraggiamento, effetto Cherenkov. c) fotoni, produzione di coppie, effetto fotoelettrico, effetto Compton, cascate elettromagnetiche d) interazioni di neutroni 2) Generalità sui rivelatori di particelle: risoluzione, tempo di risposta, efficienza. 3) Rivelatori a gas a) Ionizzazione nei gas, diffusione di ioni ed elettroni, velocità di drift, moltiplicazione, cenni a streamer e a Geiger. b) contatori proporzionale, multiwire PC c) camere a drift, time projection chambers d) cenni ad altri rivelatori a gas: multi-patterned gas counter (GEM). 4) Rivelatori a semiconduttore. a) giunzione p-n, polarizzazione inversa, rivelatori di posizione, rivelatori a microstrip b) rivelatori al Germanio per spettroscopia nucleare. 5) Spettrometro. Misura di quantità di moto in campo magnetico. Vari tipi di magneti per esperimenti a bersaglio fisso e a collisori. 6) Contatori a scintillazione. Scintillatori organici e inorganici. Fotomoltiplicatore, guadagno, circuito di polarizzazione. Raccolta di luce: guide di luce e wavelength shifter. 7) Contatori Cherenkov (a soglia). Contatori Cherenkov differenziali. 8) Generalità sui calorimetri in fisica . a) calorimetri elettromagnetici, dimensioni della cascata, fluttuazioni nella risoluzione, misure di posizione b) cascata adronica, cenni alla compensazione adronica. c) contributi alla risoluzione di un calorimetro, calorimetri omogenei, calorimetri con raccolta di carica, calorimetri con fibre scintillanti. 9) Formazione segnali nei rivelatori di particelle 10) Elettronica digitale per esperimenti di alte energie (elettronica modulare NIM e VME). ADC e TDC. 11) cenni all'analisi statistica dei dati.

G. F. Knoll Radiation Detection and Measurement J.D.Jackson Classical electrodynamics L.Rolandi W. Blum, Particle detection with drift chambers R.Wigmans, Calorimetry L.Bianchini, Selected exercises in particle and nuclear physics.

Programma 1. La diffrazione da cristalli Breve introduzione ai sistemi cristallini - Reticoli di Bravais - Simmetrie - La diffrazione, la diffusione Thomson, il fattore di struttura; tecniche di diffrazione di raggi X, con fotoni, elettroni, nutroni [es. Kittel, cap. 1,2] 2. Tecniche di visualizzazione e spettroscopia su scala nanometrica Microscopia e spettroscopia a scansione ad effetto tunnel (STM/STS) - Microscopia a forza atomica (AFM) [dispense sul sito; Wiesendanger, cap. 1.1, 1.11, 1.13, 2, 2.1, 2.4, 2.7] 3. Tecniche di spettroscopia anelastica Diffusione dei neutroni anelastica - Diffusione della luce: Rayleigh e Raman - Cenno alla diffusione anelastica di raggi X [dispense sul sito] 4. Generalità sulla spettroscopia Grandezze e unità di misura - Elementi di teoria della risposta lineare - Grandezze spettroscopiche complesse e loro relazioni - La funzione dielettrica complessa - Riflettività e coefficiente di assorbimento [es. Wooten, cap. 2,3; Kittel, cap. 3,4; dispense sul sito] 5. Struttura a bande di sistemi cristallini esemplari, metalli (semplici, nobili, di transizione), semiconduttori (gruppo IV, III-V), grafene e grafite, nitruro di boro [es. Bassani, cap. 4] 6. Spettroscopia ottica Assorbimento e di riflettività - Sorgenti di radiazione elettromagnetica – Principio di funzionamento di un laser - La radiazione di sincrotrone - Analizzatori spettrali: monocromatori e interferometri - Rivelatori della radiazione e. m. [es. Wooten cap. 5,9; Bassani, cap. 5; dispense sul sito] 7. La spettroscopia di fotoemissione e l'assorbimento di raggi X La fotoemissione - XPS ed UPS - ARPES - Assorbimento di raggi X, tecniche XAS (NEFAXS) ed EXAFS [dispense sul sito; Mariani-Stefano cap. del libro] 8. Elementi di tecnica del vuoto Misura delle basse pressioni - Pompe, linee da vuoto, vacuometri [dispense sul sito]

- F. Bassani, G. Pastori-Parravicini, “Electronic States and Optical Transitions in Solids”, capitoli 4, 5. - C. Kittel, “Introduzione alla Fisica dello Stato Solido”, Ed. CEA, 2008, capitoli 1, 2, 3, 4. - Carlo Mariani and Giovanni Stefani, “Photoemission Spectroscopy: Fundamental Aspects”, Chapter 9, pp. 275-317, in Synchrotron Radiation: Basics, Methods and Applications. Editors: Settimio Mobilio, Federico Boscherini, Carlo Meneghini. Springer, 2015. doi:10.1007/978-3-642-55315-8 - R. Wiesendanger, “Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy”, capitoli 1.1, 1.11, 1.13, 2, 2.1, 2.4, 2.7 - F. Wooten, "Optical Properties of Solids", Academic Press, 1972; capitoli 2, 3, 5, 9 - dispense del corso disponibili sul sito: https://elearning2.uniroma1.it/login/index.php

Tecniche di imaging per la biofisica: - Microscopia ottica, limite di diffrazione e super-risoluzione - Microscopia in fluorescenza - Microscopia elettronica (SEM) - Microscopia a forza atomica (AFM) - Microscopia in campo vicino (SNOM) Tecniche strutturali per la biofisica: - Diffrazione a raggi X (cristallografia di proteine) - Spettroscopia vibrazionale (IR and Raman) - Microscopia elettronica in trasmissione criogenica (Cryo-TEM) Tecniche diagnostiche e funzionali basate su principi fisici avanzati: - amplificazione genica (PCR) - immunofluorescenza - sensori a plasmone di superficie (SPR)

super-resolution microscopy https://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epjh/e2012-20060-1.pdf