Ciclo di lezioni per il Dottorato di Ricerca in “International Doctoral Program in Civil and Environmental Engineering“ – DICA (Università di Perugia) – 5 CFU (30 ore)
Docente: Prof. Dr. Stefano Falcinelli
Durata complessiva dell'insegnamento: 30 ore (5 CFU)
Periodo delle lezioni: Giugno-Luglio 2021
Calendario delle lezioni:
Lunedì 21 giugno: Radiazione e Materia parte I - ore 14:30-18:30);
Venerdì 25 giugno: Radiazione e Materia parte II -ore 14:30-18:30;
Lunedì 28 giugno: Dall’equazione di Schrödinger all’equazione di Dirac - ore 14:30-18:30;
Martedì 29 giugno: Il Laser: generalità e teoria - ore 14:30-18:30;
Mercoledì 30 giugno: La radiazione di sincrotrone e il Free Electron Laser (FEL): generalità e teoria - ore 14:30-18:30;
Martedì 7 luglio: Il sincrotrone Elettra e il FEL FERMI di Trieste - ore 14:30-18:30;
Mercoledì 8 luglio: Il sincrotrone Australiano e lo SLAC National Accelerator Laboratory (Stanford University, USA) - ore 14:30-17:30;
Giovedì 9 luglio: Applicazioni varie della radiazione di sincrotrone - ore 14:30-17:30.
Programma:
In questo ciclo di lezioni verranno spiegati i principi base di funzionamento delle sorgenti laser ad elettroni liberi “Free Electron Laser” (FEL), mettendo in evidenza somiglianze e differenze rispetto alle convenzionali sorgenti di luce laser e a quelle di radiazione di sincrotrone che si utilizzano comunemente nello studio di un’ampia classe di processi sia chimici che fisici e in numerose applicazioni in campo biomedico e ingegneristico. In particolare, si illustrerà il Fermi FEL esistente ed operante presso la "ELETTRA Sincrotrone Trieste (Elettra and FERMI lightsources)", trattandosi di uno dei più importanti progetti FEL esistenti a livello mondiale. Nel corso delle lezioni, si metterà in evidenza come il Fermi “Free Electron Laser” di Trieste consenta di eseguire esperimenti e studi di frontiera in settori di grande interesse sia nella Scienza di base che applicata (quali ad esempio la scienza dei materiali, le scienze ingegneristiche, mediche e biologiche e lo studio di processi chimici elementari di interesse ambientale ed atmosferico) utilizzando luce con elevatissima brillanza (di circa sei ordini di grandezza più alta rispetto alle sorgenti di luce di terza generazione, quali i sincrotroni), tunabile a piacimento e con elevatissima risoluzione in potenza, lunghezza d’onda, durata temporale (si scende al di sotto dei picosecondi) e polarizzazione. Obiettivo del corso è quello di evidenziare che lo sviluppo di sorgenti FEL ad alta brillanza ed impulsi ultracorti apre nuove prospettive nello studio dell'interazione radiazione-materia e della dinamica molecolare, nonché nella definizione dei meccanismi della reattività chimica di specie eccitate. L'intensità di tale tipo di radiazione è in grado di consentire lo studio di processi a due o più fotoni in regioni dello spettro non accessibili con i laser da laboratorio, mentre la durata dell'impulso permette esperimenti “pump-probe” su scale temporali tipiche del moto elettronico in atomi e molecole. Queste sorgenti di quarta generazione, che stanno integrando e sostituendo le sorgenti di luce di sincrotrone convenzionale, lanciano una sfida scientifica e tecnologica per lo sviluppo di metodi diagnostici, strumentazione e rivelatori adatti allo studio e alla realizzazione di macchine molecolari azionate dalla luce. Si tratta di un settore di frontiera e di grande attualità che ha portato all’assegnazione del Premio Nobel per la Chimica 2016 agli scienziati Sauvage, Stoddart e Feringa per avere concepito e sviluppato dispositivi meccanici molecolari, studiando il movimento ''controllato'' delle molecole.