Il corso mira a fornire allo studente le conoscenze di base sulle metodologie fisiche utilizzabili in contesti applicativi di beni culturali, ambientali, biologia e medicina: conoscenze riguardanti l’origine, la provenienza, la caratterizzazione e la datazione di opere di interesse archeologico e storico – artistico; conoscenze nel campo della radioattività e le loro implicazioni in campo ambientale; conoscenze sulle teorie e i metodi della fisica per comprendere come funzionano i sistemi biologici; conoscenze sulle metodologie applicate in campo medico nell’ambito dei sistemi diagnostici, delle terapie radianti e della radioprotezione da radiazioni ionizzanti e non ionizzanti;

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione critica nel campo della fisica applicata sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari. Notevole padronanza del metodo scientifico, comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca nel campo, padronanza nell'aspetto sperimentale con particolare riferimento alla scelta dei metodi per le diverse applicazioni.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving). Capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per nuove misure o per il miglioramento dei risultati esistenti.

Autonomia di giudizio

Capacità di lavorare con crescenti gradi di autonomia, anche assumendo responsabilità nella programmazione e nella gestione di progetti. Consapevolezza dei problemi di sicurezza nell'attività di laboratorio. Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

Abilità comunicative

Capacità di comunicare nei settori specifici della Fisica. Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani. Capacità di lavorare in un gruppo interdisciplinare, adeguando le modalità di espressione a interlocutori di diversa cultura.

Capacità di apprendimento.

Lezioni frontali e teorico-pratiche, seminari di approfondimento per tutti i 6 CFU.

Insegnamento cooperativo (studente-docente) tramite condivisione di materiale didattico e supporti multimediali.

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Fondamenti fisici e principi di misura (1 ora)

Richiami su onde e particelle, sui meccanismi di interazione con la materia e sui principi di misura. Spettro elettromagnetico e principali grandezze fisiche. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti: caratteristiche e sorgenti. Applicazioni della fisica in ambito ambientale, biologico, medico e nel patrimonio culturale.

Agenti Fisici e loro misura (2 ore)

Radiazione ottica: grandezze radiometriche e fotometriche, illuminamento e luminanza, principi di illuminometria. Radiazione ultravioletta e principali sorgenti. Onde meccaniche e acustiche: propagazione, frequenza, lunghezza d’onda e intensità. Grandezze acustiche, livello di pressione sonora, spettro e principi di misura del rumore.

Elementi di Radioattività e Fisica delle Radiazioni (2 ore)

Origine e caratteristiche della radioattività. Decadimento radioattivo, legge del decadimento e attività. Sorgenti naturali e artificiali. Radioattività ambientale, radiazione cosmica e terrestre, radon. Principi di misura e monitoraggio della radioattività.

Elementi di Fisica Medica (8 ore)

Interazione delle radiazioni con la materia. Elementi di dosimetria: esposizione, dose e fattori di qualità. Metodi di misura della dose e dosimetria personale. Effetti biologici delle radiazioni e principi di radioprotezione. Applicazioni in ambito medico: diagnostica e terapie radianti.

Metodologie fisiche per il patrimonio culturale (8 ore)

Applicazioni della fisica alla diagnostica, caratterizzazione, conservazione e restauro dei beni culturali. Metodi fisici di analisi, tecniche di diagnostica non invasiva e metodi di datazione. Monitoraggio microclimatico. Casi studio.

Introduzione alla biofisica cellulare e molecolare (7 ore)

Cosa e’ la biofisica.  Caratterizzazione della cellula e suoi componenti. Scale caratteristiche di Spazio, Tempo, Energia. Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecole. Richiami di dinamica dei fluidi. Diffusione molecolare e processi dinamici.

Spettroscopia di fluorescenza (6 ore)

Assorbimento. Spettri di assorbimento. Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione. Fluorescenza. Cenni storici. Spettri di emissione. Resa quantica. Quenching. Photobleaching. Lifetime della fluorescenza. Trasferimento di energia (FRET).

Microscopia ottica (8 ore)

Richiami di ottica geometrica. Microscopio ottico. Microscopio a contrasto di fase. Microscopia a fluorescenza. Sonde fluorescenti e tecniche di labeling. Microscopia confocale e applicazioni. Risoluzione del microscopio ottico. Cenni di microscopia a super-risoluzione

Materiale fornito dal docente

Attix F.H., "Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry", Wiley, 2007

Bushberg J.T, Seibert J.A., Leidholdt E.M. Jr., Boone J.M., "The Essential Physics of Medical Imaging", Lippincott Williams & Wilkins, 2012, 1030

Edwards H. and Vandenabeele P., 2012, Analytical Archaeometry: Selected Topics, The Royal Society of Chemistry

Oleari C., Standard Colorimetry: Definitions, Algorithms and Software, 2016, John Wiley Sons Inc

Aitken, M.J , Thermoluminescence Dating & Optical dating of sediments, Academic Press Inc.

John M. Wallace • Peter V. Hobbs, Atmospheric Science. An Introductory Survey. Second Edition. University of Washington- 2006

Alessandrini, Fisica per le scienze della vita, CEA, 2023

Phillips et al. Physical Biology of the Cell, CRC Press 2013

D. Jameson, Introduction to Fluorescence, CRC Press 2014

La prova d'esame si svolgerà con un colloquio orale sui contenuti del corso.

I criteri per la valutazione: 1) pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate; 2) livello di approfondimento dei contenuti esposti; 3) capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma.

DATE D'ESAME

Di norma, vengono fissati 8 appelli d’esame per ogni Anno Accademico; Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Triennale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/L-30/esami  

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

Misure sperimentali per la specificazione del colore.

Datazione di ceramiche e sedimenti mediante luminescenza stimolata.

Il ruolo della spettrometria Raman per lo studio dei Beni Culturali.

Definizione di dose equivalente ed efficace;

Effetti Biologici della radiazione ionizzante;

Applicazioni in ambito medico:

Sistemi radiografici, TAC, PET, terapie radianti

Definizione di temperatura, pressione e umidità

Radiazione di corpo nero

Meccanismi di trasmissione del calore

Inquinanti atmosferici

Sorgenti di radiazioni;

Interazione della radiazione ionizzante con la materia;

Legge del decadimento radioattivo;

Attività;

Scale caratteristiche di Spazio, Tempo e Energia nei sistemi biologici.

Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecule

Diffusione molecolare

Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione

Spettri di assorbimento e di emissione

Resa quantica della fluorescenza

Lifetime della fluorescenza

Descrizione del processo di FRET

Microscopio ottico.

Microscopio a contrasto di fase

Microscopia a fluorescenza

Microscopia confocale

Risoluzione del microscopio

Il corso mira a fornire allo studente le conoscenze di base sulle metodologie fisiche utilizzabili in contesti applicativi di beni culturali, ambientali, biologia e medicina: conoscenze riguardanti l’origine, la provenienza, la caratterizzazione e la datazione di opere di interesse archeologico e storico – artistico; conoscenze nel campo della radioattività e le loro implicazioni in campo ambientale; conoscenze sulle teorie e i metodi della fisica per comprendere come funzionano i sistemi biologici; conoscenze sulle metodologie applicate in campo medico nell’ambito dei sistemi diagnostici, delle terapie radianti e della radioprotezione da radiazioni ionizzanti e non ionizzanti;

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione critica nel campo della fisica applicata sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari. Notevole padronanza del metodo scientifico, comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca nel campo, padronanza nell'aspetto sperimentale con particolare riferimento alla scelta dei metodi per le diverse applicazioni.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi (problem solving). Capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per nuove misure o per il miglioramento dei risultati esistenti.

Autonomia di giudizio

Capacità di lavorare con crescenti gradi di autonomia, anche assumendo responsabilità nella programmazione e nella gestione di progetti. Consapevolezza dei problemi di sicurezza nell'attività di laboratorio. Capacità di argomentare personali interpretazioni di fenomeni fisici, confrontandosi nell’ambito di gruppi di lavoro. Sviluppo del senso di responsabilità attraverso la scelta dei corsi opzionali e dell'argomento della tesi di laurea.

Abilità comunicative

Capacità di comunicare nei settori specifici della Fisica. Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani. Capacità di lavorare in un gruppo interdisciplinare, adeguando le modalità di espressione a interlocutori di diversa cultura.

Capacità di apprendimento.

Lezioni frontali e teorico-pratiche, seminari di approfondimento per tutti i 6 CFU.

Insegnamento cooperativo (studente-docente) tramite condivisione di materiale didattico e supporti multimediali.

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno 

essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al fine di 

rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Conoscenza di Fisica Generale ed elementi di Fisica Moderna.

La frequenza al corso è FORTEMENTE CONSIGLIATA (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi)

Fondamenti fisici e principi di misura (1 ora)

Richiami su onde e particelle, sui meccanismi di interazione con la materia e sui principi di misura. Spettro elettromagnetico e principali grandezze fisiche. Radiazioni ionizzanti e non ionizzanti: caratteristiche e sorgenti. Applicazioni della fisica in ambito ambientale, biologico, medico e nel patrimonio culturale.

Agenti Fisici e loro misura (2 ore)

Radiazione ottica: grandezze radiometriche e fotometriche, illuminamento e luminanza, principi di illuminometria. Radiazione ultravioletta e principali sorgenti. Onde meccaniche e acustiche: propagazione, frequenza, lunghezza d’onda e intensità. Grandezze acustiche, livello di pressione sonora, spettro e principi di misura del rumore.

Elementi di Radioattività e Fisica delle Radiazioni (2 ore)

Origine e caratteristiche della radioattività. Decadimento radioattivo, legge del decadimento e attività. Sorgenti naturali e artificiali. Radioattività ambientale, radiazione cosmica e terrestre, radon. Principi di misura e monitoraggio della radioattività.

Elementi di Fisica Medica (8 ore)

Interazione delle radiazioni con la materia. Elementi di dosimetria: esposizione, dose e fattori di qualità. Metodi di misura della dose e dosimetria personale. Effetti biologici delle radiazioni e principi di radioprotezione. Applicazioni in ambito medico: diagnostica e terapie radianti.

Metodologie fisiche per il patrimonio culturale (8 ore)

Applicazioni della fisica alla diagnostica, caratterizzazione, conservazione e restauro dei beni culturali. Metodi fisici di analisi, tecniche di diagnostica non invasiva e metodi di datazione. Monitoraggio microclimatico. Casi studio.

Introduzione alla biofisica cellulare e molecolare (7 ore)

Cosa e’ la biofisica.  Caratterizzazione della cellula e suoi componenti. Scale caratteristiche di Spazio, Tempo, Energia. Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecole. Richiami di dinamica dei fluidi. Diffusione molecolare e processi dinamici.

Spettroscopia di fluorescenza (6 ore)

Assorbimento. Spettri di assorbimento. Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione. Fluorescenza. Cenni storici. Spettri di emissione. Resa quantica. Quenching. Photobleaching. Lifetime della fluorescenza. Trasferimento di energia (FRET).

Microscopia ottica (8 ore)

Richiami di ottica geometrica. Microscopio ottico. Microscopio a contrasto di fase. Microscopia a fluorescenza. Sonde fluorescenti e tecniche di labeling. Microscopia confocale e applicazioni. Risoluzione del microscopio ottico. Cenni di microscopia a super-risoluzione

Materiale fornito dal docente

Attix F.H., "Introduction to Radiological Physics and Radiation Dosimetry", Wiley, 2007

Bushberg J.T, Seibert J.A., Leidholdt E.M. Jr., Boone J.M., "The Essential Physics of Medical Imaging", Lippincott Williams & Wilkins, 2012, 1030

Edwards H. and Vandenabeele P., 2012, Analytical Archaeometry: Selected Topics, The Royal Society of Chemistry

Oleari C., Standard Colorimetry: Definitions, Algorithms and Software, 2016, John Wiley Sons Inc

Aitken, M.J , Thermoluminescence Dating & Optical dating of sediments, Academic Press Inc.

John M. Wallace • Peter V. Hobbs, Atmospheric Science. An Introductory Survey. Second Edition. University of Washington- 2006

Alessandrini, Fisica per le scienze della vita, CEA, 2023

Phillips et al. Physical Biology of the Cell, CRC Press 2013

D. Jameson, Introduction to Fluorescence, CRC Press 2014

La prova d'esame si svolgerà con un colloquio orale sui contenuti del corso.

I criteri per la valutazione: 1) pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate; 2) livello di approfondimento dei contenuti esposti; 3) capacità di collegamento con altri temi oggetto del programma.

DATE D'ESAME

Di norma, vengono fissati 8 appelli d’esame per ogni Anno Accademico; Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Triennale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/L-30/esami .

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le 

condizioni lo dovessero richiedere.

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono 

chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o 

dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi 

anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata — Servizi per 

le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

Misure sperimentali per la specificazione del colore.

Datazione di ceramiche e sedimenti mediante luminescenza stimolata.

Il ruolo della spettrometria Raman per lo studio dei Beni Culturali.

Definizione di dose equivalente ed efficace;

Effetti Biologici della radiazione ionizzante;

Applicazioni in ambito medico:

Sistemi radiografici, TAC, PET, terapie radianti

Definizione di temperatura, pressione e umidità

Radiazione di corpo nero

Meccanismi di trasmissione del calore

Inquinanti atmosferici

Sorgenti di radiazioni;

Interazione della radiazione ionizzante con la materia;

Legge del decadimento radioattivo;

Attività;

Scale caratteristiche di Spazio, Tempo e Energia nei sistemi biologici.

Equilibrio termodinamico nella cellula e nelle macromolecule

Diffusione molecolare

Legge di Beer-Lambert e coefficiente di estinzione

Spettri di assorbimento e di emissione

Resa quantica della fluorescenza

Lifetime della fluorescenza

Descrizione del processo di FRET

Microscopio ottico.

Microscopio a contrasto di fase

Microscopia a fluorescenza

Microscopia confocale

Risoluzione del microscopio