Ne siamo immersi da sempre, uscirne è impossibile. È la realtà che abitiamo, ma ne conosciamo soltanto il 5% delle componenti. Ne sappiamo l'età, ma non l'origine. Il nostro Universo è un coacervo di affascinanti misteri, la cui risoluzione accompagna da decenni le ricerche di generazioni di scienziate e scienziati.
Grazie all'impegno di chi ci ha preceduto, siamo in grado di fornire una descrizione soddisfacente di come il nostro Universo sia evoluto fino a diventare come lo osserviamo oggi.
Tuttavia, molti aspetti rimangono ancora oscuri: decifrarli sarà il compito delle nuove generazioni.
In questo laboratorio, ripercorreremo insieme le tappe principali dell'evoluzione dell'Universo, dalle epoche primordiali, quando soltanto minuscole fluttuazioni di energia permeavano lo spazio-tempo, sino ai giorni nostri, dominati dalle gigantesche strutture di materia in formazione e dalla spinta espansiva di un'oscura forma di energia.
Ma, attenzione: riusciremo a raggiungere la meta del nostro viaggio solo se saprete risolvere alcuni enigmi nascosti lungo il percorso...Vi aspettiamo!

Questo percorso di Fisica Medica tratterà dei principi fisici e della tecnologia alla base della diagnostica per immagini con raggi X.
Dopo una breve introduzione teorica, sarà svolta un’attività di laboratorio, che permetterà agli studenti di sperimentare in prima persona l'utilizzo di un sistema di radiografia digitale. L’attività permetterà di affrontare i concetti di radiazione ionizzante, le tecniche di produzione dei raggi X e alcuni aspetti dell’interazione radiazione-materia. Questo renderà possibile comprendere e sperimentare, quali sono i fenomeni coinvolti nel processo di formazione dell’immagine radiografica.
In conclusione, sulla base di questa esperienza, saranno brevemente discussi i punti di forza e i limiti della diagnostica con raggi X in ambito clinico.

Gli studenti affronteranno i due esperimenti chiave per la fisica quantistica.

L'effetto fotoelettrico
Tra la fine del 1800 e gli inizi del 1900 l'effetto fotoelettrico, ovvero l'emissione di elettroni, da un metallo irradiato da luce, per la fisica classica risultava inspiegabile. Fu Einstein, in un articolo pubblicato nel 1905, a estendere il concetto del "quanto di Planck" alla radiazione, attribuendole oltre a una definita energia, fissata dal "colore", la proprietà corpuscolare, quindi l'intensità della radiazione dipende dal numero di corpuscoli (fotoni) di quella data energia. Lo scambio energetico tra fotoni e elettroni, presenti nel metallo, risulta anch'esso "quantizzato", ovvero il fotone può cedere solo l'energia che ha, né più, né meno. Tale ipotesi risulta concorde alle osservazioni sperimentali. L'importanza di tale spiegazione è dimostrata dall'attribuzione del premio Nobel a ai contributi alla fisica teorica ad Einstein nel 1914, principalmente per avere spiegato l'effetto fotoelettrico.

L'esperimento di Franck-Hertz
1914, i fisici James Franck e Gustav Ludwig Hertz dimostrano laquantizzazione dei livelli energetici degli atomi. L'energia assorbita ceduta da elettroni accelerati agli atomi è quantizzata. Anche l'energia poi riemessa dagli atomi eccitati è quantizzata. In questo esperimento viene acquisita la curva della corrente attraverso un gas in funzione della tensione applicata per il neon, nonché eventualmente per il mercurio. Si osserva che l'assorbimento di energia degli elettroni liberi accelerati dagli elettroni legati negli atomi avviene in modo quantizzato. Nel caso nel neon è possibile osservare ad occhio nudo i fotoni, riemessi, come energia ceduta dagli elettroni negli atomi, che "cadono" da livelli atomici più alti a quelli più bassi. Osserveremo qualitativamente bande di emissione di radiazione per il Neon. L'importanza di tale esperimento è manifestata dall'attribuzione del premio Nobel a Franck e a Hertz nel 1925.

Partendo dalle nozioni di base relative allo studio dei raggi cosmici verranno presentate varie tecniche di rivelazione di particelle e verranno fatte esperienze di laboratorio con acluni tipi di rivelatori. Le studentesse e gli studenti prenderanno confidenza con rivelatori a scintillazione e a gas e misureranno il flusso di raggi cosmici e/o la radioattività naturale confrontando i risultati con le attese.