Il teletrasporto quantistico: principi quantomeccanici ed esperimenti

Questo lavoro di tesi si pone l’obiettivo di illustrare i principi fisici che stanno alla base del teletrasporto quantistico, una tecnica importante utilizzata nelle tecnologie del l’informatica quantistica. In particolare, verranno introdotti i principali concetti della computazione quantistica, come il qubit e le porte logiche quantistiche, intese come trasformazioni unitarie che operano su qubit, e verrà illustrato il protocollo di teletrasporto dello stato quantico di un qubit da un punto ad un altro dello spazio. In seguito verrà descritto il fenomeno quantistico del l’entanglement e si porrà l’accento su come tale fenomeno possa essere sfruttato nel protocollo di teletrasporto quantistico. Segue, infine, una descrizione delle principali tecniche utilizzate negli esperimenti di verifica dell’entanglement e di teletrasporto quantistico condotti fino ai giorni nostri, con enfasi ai possibili sviluppi futuri.

Analisi del sistema di controllo di una bobina per la generazione di campi magnetici in un esperimento di fisica atomica

Questa tesi, svolta nell’ambito dell’esperimento BEC3 presso il LENS di Firenze, si propone di studiare i problemi connessi alla variazione improvvisa di corrente in elementi induttivi, come sono le bobine utilizzate per generare campi magnetici. Nell’esperimento BEC3, come in molti esperimenti di atomi freddi, vi è spesso la necessità di compiere operazioni di questo genere anche in tempi brevi. Verrà analizzato il sistema di controllo incaricato di invertire la corrente in una bobina, azione che va effettuata in tempi dell’ordine di qualche millisecondo ed evitando i danni dovuti alle alte tensioni che si sviluppano ai capi della bobina. Per questa analisi sono state effettuate simulazioni del circuito e misure sperimentali, allo scopo di determinare il comportamento e stimare la durata dell’operazione.

La preparaci?n fisica integrada para la pre-temporada en el f?tbol

La finalidad de este trabajo investigativo consiste en realizar un constructo a trav?s de la b?squeda de informaci?n en diferentes bases de datos especializadas y la revisi?n de conceptos tradicionales y contempor?neos en los cuales se basan los entrenadores para planificar la pretemporada y posteriormente aplicar la preparaci?n f?sica integrada al f?tbol, en un periodo corto de adaptaci?n y as? obtener su mejor forma deportiva. Se realiz? un estudio deductivo e hist?rico l?gico de la literatura especializada en el tema, logrando construir una s?ntesis de las tendencias en relaci?n con la forma adecuada de realizar, de forma sistem?tica y controlada, una pretemporada en el f?tbol. Este estudio se ubica en una investigaci?n de tipo descriptivo, con utilizaci?n de m?todos te?ricos para finalmente proponer algunas indicaciones para realizar una planificaci?n espec?fica de la preparaci?n f?sica integrada, que permitiese realizar una propuesta te?rica que permita identificar c?mo debe ser la organizaci?n sistem?tica de las cargas de entrenamiento.

"Dal 1976 al 2006: livellazione semantica del valore dei tempi e dei modi nella didattica dell'italiano L2"

In the paper we present some of the most significant tendencies in Italian LS teaching in the past thirty years (1976 -2006). All of the simplifications concern Italian Verbal Moods: imperative, gerundio presente and gerundio passato, past and present infinitive, congiuntivo trapassato and condizionale composto. In our analysis we want to compare certain features present in the most recent Italian LS grammars with those of the seventies and nineties of the past century.

Rapporto tensore su scalare con gravità indotta: analisi dell’approssimazione di slow-roll nei frames di Jordan e Einstein

L’obbiettivo di questa tesi è quello di analizzare le conseguenze della scelta del frame (Jordan o Einstein) nel calcolo delle proprietà degli spettri primordiali generati dall’inflazione ed in particolare dell’osservabile r (rapporto tensore su scalare) al variare del potenziale del campo che genera l’espansione accelerata. Partendo dalla descrizione della teoria dell’inflazione in relatività generale, focalizzando l’attenzione sui motivi che hanno portato all’introduzione di questa teoria, vengono presentate le tecniche di utilizzo comune per lo studio della dinamica omogenea (classica) inflazionaria e di quella disomogenea (quantistica). Una particolare attenzione viene rivolta ai metodi di approssimazione che è necessario adottare per estrarre predizioni analitiche dai modelli inflazionari per poi confrontarle con le osservazioni. Le tecniche introdotte vengono poi applicate ai modelli di inflazione con gravità indotta, ovvero ad una famiglia di modelli con accoppiamento non minimale tra il campo scalare inflatonico e il settore gravitazionale. Si porrà attenzione alle differenze rispetto ai modelli con accoppiamento minimale, e verrà studiata la dinamica in presenza di alcuni potenziali derivanti dalla teoria delle particelle e diffusi in letteratura. Il concetto di “transizione tra il frame di Jordan e il frame di Einstein” viene illustrato e le sue conseguenze nel calcolo approssimato del rapporto tensore su scalare sono discusse. Infine gli schemi di approssimazione proposti vengono analizzati numericamente. Risulterà che per due dei tre potenziali presentati i metodi di approssimazione sono più accurati nel frame di Einstein, mentre per il terzo potenziale i due frames portano a risultati analitici similmente accurati.

Studio e realizzazione dell’emulatore μARM e del progetto JaeOS per la didattica dei Sistemi Operativi

La maggior parte degli strumenti per la didattica dei sistemi operativi sono basati sull'architettura MIPS, che è ampiamente superata. Questo lavoro introduce μARM, un emulatore, basato su architettura ARM7TDMI adeguato all'insegnamento a livello universitario. Inoltre viene presentato JaeOS, un manuale di specifiche per un sistema operativo multi-strato che supporti esecuzione multi-processo, memoria virtuale, sincronizzazione dei thread, gestione di dispositivi esterni ed un file system. I progetti tradizionali, come OSP2 o OS/161, forniscono un buon quantitativo di codice già sviluppato agli studenti, i quali devono modificare i moduli del sistema già implementati ed aggiungerne di nuovi. Con μARM/JaeOS gli studenti sono sottoposti ad un'esperienza pedagogicamente differente, partendo dal solo emulatore hardware e finendo con un sistema operativo, interamente sviluppato da loro, in grado di eseguire programmi sviluppati dagli studenti stessi.

Quantizzazione in gauge di cono-luce di particelle e stringhe

In questa tesi si discute la formulazione di una teoria quantistica della dinamica libera di particelle e stringhe relativistiche. La dinamica relativistica viene costruita in entrambi i casi a partire dalla formulazione classica con invarianza di gauge della parametrizzazione di, rispettivamente, linee e fogli di mondo. Si scelgono poi condizioni di gauge-fixing dette di cono-luce. La teoria quantistica viene poi formulata usando le prescrizioni di quantizzazione canonica di Dirac.

Analisi spettrale di operatori differenziali

L'elaborato è finalizzato a presentare l'analisi degli operatori differenziali agenti in meccanica quantistica e la teoria degli operatori di Sturm-Liouville. Nel primo capitolo vengono analizzati gli operatori differenziali e le relative proprietà. Viene studiata la loro autoaggiunzione su vari domini con diverse condizioni al contorno e vengono tratte delle conclusioni sul loro significato come osservabili. Nel secondo capitolo viene presentato il concetto di spettro e vengono studiate le sue proprietà.Vengono poi analizzati gli spettri degli operatori precedentemente introdotti. Nell'utimo capitolo vengono presentati gli operatori di Sturm-Liouville e alcune proprietà delle equazioni differenziali. Vengono imposte delle specifiche condizioni al contorno che determinano la realizzazione dei sistemi di Sturm-Liouville, di cui vengono studiati due esempi notevoli: le guide d'onda e la conduzione del calore.

Equità di genere e pratiche trasformative in educazione fisica

A partire da un paradigma ecologico ad indirizzo critico, seguendo il filone degli studi femministi, le finalità della ricerca sono state: smascherare le forme di oppressione di genere nei contesti educativi (finalità trasformativa) e produrre un sapere utile alla pratica (finalità emancipativa). Data la complessità del contesto educativo scolastico e dell’argomento stesso che interseca vari domini di sapere, è stato adottato un approccio metodologico di metodo misto (mixed method) per poter dapprima costruire una configurazione del fenomeno oggetto d’interesse attraverso strumenti quantitativi e poi approfondirlo attraverso l’impiego di tecniche qualitative. Gli strumenti utilizzati sono stati: il questionario, l’intervista strutturata, le osservazioni, le biografie professionali, i focus-group. In sintesi, le evidenze emerse in letteratura ed empiriche mettono in luce la presenza di stereotipi di genere nelle lezioni di EF, sotto forma di pratiche inconsapevoli che gli insegnanti riproducono a seguito di un habitus socializzato in forma binaria secondo i due sessi e gerarchizzato. La dipendenza dell’EF dal mondo sportivo, dove gli stereotipi di genere sono presenti per ragioni storico-culturali e dal quale gli insegnanti attingono spesso parte del loro sapere professionale, li rende partecipi inconsapevoli del sistema di rinforzo degli stereotipi stessi, attraverso le pratiche che vanno sotto il nome di curricolo nascosto. Il termine nascosto sottolinea l’inconsapevolezza di tali pratiche, appunto nascoste alla coscienza e si deduce che la possibilità di svelarle necessita di una formazione specifica per gli insegnanti, una formazione che attinga ai processi riflessivi.

Investigating the learning potential of the Second Quantum Revolution: development of an approach for secondary school students

In recent years we have witnessed important changes: the Second Quantum Revolution is in the spotlight of many countries, and it is creating a new generation of technologies. To unlock the potential of the Second Quantum Revolution, several countries have launched strategic plans and research programs that finance and set the pace of research and development of these new technologies (like the Quantum Flagship, the National Quantum Initiative Act and so on). The increasing pace of technological changes is also challenging science education and institutional systems, requiring them to help to prepare new generations of experts. This work is placed within physics education research and contributes to the challenge by developing an approach and a course about the Second Quantum Revolution. The aims are to promote quantum literacy and, in particular, to value from a cultural and educational perspective the Second Revolution. The dissertation is articulated in two parts. In the first, we unpack the Second Quantum Revolution from a cultural perspective and shed light on the main revolutionary aspects that are elevated to the rank of principles implemented in the design of a course for secondary school students, prospective and in-service teachers. The design process and the educational reconstruction of the activities are presented as well as the results of a pilot study conducted to investigate the impact of the approach on students' understanding and to gather feedback to refine and improve the instructional materials. The second part consists of the exploration of the Second Quantum Revolution as a context to introduce some basic concepts of quantum physics. We present the results of an implementation with secondary school students to investigate if and to what extent external representations could play any role to promote students’ understanding and acceptance of quantum physics as a personal reliable description of the world.

Machine learning techniques for heavy-flavour baryon production measurements at the LHC

Il quark-gluon plasma (QGP) è uno stato della materia previsto dalla cromodinamica quantistica. L’esperimento ALICE a LHC ha tra i suoi obbiettivi principali lo studio della materia fortemente interagente e le proprietà del QGP attraverso collisioni di ioni pesanti ultra-relativistici. Per un’esaustiva comprensione di tali proprietà, le stesse misure effettuate su sistemi collidenti più piccoli (collisioni protone-protone e protone-ione) sono necessarie come riferimento. Le recenti analisi dei dati raccolti ad ALICE hanno mostrato che la nostra comprensione dei meccanismi di adronizzazione di quark pesanti non è completa, perchè i dati ottenuti in collisioni pp e p-Pb non sono riproducibili utilizzando modelli basati sui risultati ottenuti con collisioni e+e− ed ep. Per questo motivo, nuovi modelli teorici e fenomenologici, in grado di riprodurre le misure sperimentali, sono stati proposti. Gli errori associati a queste nuove misure sperimentali al momento non permettono di verificare in maniera chiara la veridicità dei diversi modelli proposti. Nei prossimi anni sarà quindi fondamentale aumentare la precisione di tali misure sperimentali; d’altra parte, stimare il numero delle diverse specie di particelle prodotte in una collisione può essere estremamente complicato. In questa tesi, il numero di barioni Lc prodotti in un campione di dati è stato ottenuto utilizzando delle tecniche di machine learning, in grado di apprendere pattern e imparare a distinguere candidate di segnale da quelle di fondo. Si sono inoltre confrontate tre diverse implementazioni di un algoritmo di Boosted Decision Trees (BDT) e si è utilizzata quella più performante per ricostruire il barione Lc in collisioni pp raccolte dall’esperimento ALICE.

Alla scoperta dei criteri di congruenza dei triangoli tramite la didattica laboratoriale

Questa tesi ha l'obiettivo di presentare un’esperienza di didattica laboratoriale come elemento di sostegno all’insegnamento della geometria, attualmente in declino nella scuola dell’obbligo italiana. Il lavoro, che inquadra brevemente la storia dell’insegnamento della geometria, con accenni alle probabili cause della sua decadenza e alle problematiche legate al suo insegnamento in Italia, offre alcuni spunti per ridare alla materia il valore che le spetta. A tale riguardo si prende in esame un esperimento di didattica con esito positivo: un laboratorio geometrico, imperniato sui tre criteri di congruenza dei triangoli, ideato e attuato nel corso del tirocinio universitario, in due classi di un Liceo Scientifico Statale.

La Teoria della Calcolabilità nelle scuole secondarie di secondo grado: una proposta didattica

Nonostante l'utilizzo di strumenti informatici nella pratica didattica della matematica sia ormai ampiamente diffuso, l'insegnamento dei principi matematici dell'informatica è preso meno in considerazione anche a causa dei pochi punti di contatto nelle "Indicazioni Nazionali" tra le due materie, matematica e informatica, che sono invece intimamente correlate. Questa tesi descrive una attività didattica incentrata sul concetto di calcolabilità e computabilità e basata sul noto formalismo delle Macchine di Turing. É nostra opinione che coinvolgere gli studenti in tali tipologie di attività possa stimolare oltre all'apprendimento di competenze disciplinari, anche lo sviluppo di importanti competenze trasversali, in primis, il problem solving. L’attività proposta nella tesi è stata realizzata in una classe terza di un istituto tecnico economico dove, a seguito di una spiegazione dell’argomento, sono stati svolti due esercizi di gruppo, utilizzando il software \emph{Turing Machine Visualization}, che permette agli studenti e al docente di avere un supporto visuale al dialogo. Al termine dell’attività didattica è stato somministrato agli studenti un questionario che ha permesso di valutare le competenze acquisite da due prospettive distinte: soggettiva e oggettiva. I risultati del questionario sono ampliamente analizzati e discussi nella tesi.

Analisi dei sistemi elettorali dal punto di vista matematico: una proposta didattica

La legge n.92 del 20 agosto 2019 ha introdotto l'insegnamento dell'educazione civica nelle scuole, con un approccio fortemente interdisciplinare. Nell'elaborato viene proposto lo studio dei sistemi elettorali, con una visione trasversale fra la matematica e l'educazione civica, al fine di rendere consapevoli gli studenti riguardo al nesso fra voto e rappresentanza in democrazia. La scelta del sistema elettorale infatti influisce pesantemente sulla scelta degli organi rappresentanti, generando incongruenze e paradossi. Viene inoltre descritta un'attività didattica proposta ad alcune classi del triennio del liceo classico, presentando gli strumenti e le strategie didattiche utilizzate, volte a stimolare diversi canali cognitivi. L’attività proposta punta ad aumentare la consapevolezza dell’utilizzo della matematica nei sistemi elettorali e a stimolare l’interesse verso la materia. In conclusione dell’elaborato vengono analizzati i risultati di un breve questionario rilasciato agli studenti per valutare l’efficacia dell’attività didattica effettuata.

La classificazione dalla geometria alla didattica

Diversi studi in didattica della matematica sostengono che la performance sia influenzata non solo da fattori cognitivi ma anche da fattori affettivi. È ormai assodato che ogni individuo si approccia ai saperi da acquisire e da insegnare in modi dipendenti da aspetti come le emozioni che ha provato e che prova nei confronti della disciplina, le competenze che crede di possedere, le convinzioni sui contenuti disciplinari da apprendere o da spiegare. La matematica che si studia nella scuola secondaria di secondo grado è lontana dalla matematica contemporanea e dalla ricerca attuale. Questo, unito al fatto che quasi mai si sottolinea il percorso storico che ha portato allo sviluppo di certi strumenti matematici, fa sì che l’idea che uno studente si fa di questa disciplina sia irrealistica: una materia arida, immobile, con risultati indiscutibili e stabiliti nell’antichità più remota. Alla luce di ciò si può pensare di proporre agli studenti di scuola secondaria attività che li stimolino e li motivino, nell’ottica di modificare l'insieme delle loro convinzioni sulla matematica. In questo lavoro mi sono occupata della classificazione delle varietà bidimensionali per poi affrontare il passaggio alle 3-varietà. Si tratta di un problema che presenta diversi motivi di interesse: classico ma risolto in tempi moderni, frutto di un processo di pensiero collettivo e che mostra come la matematica sia una materia in costante evoluzione, nella quale l’approccio interdisciplinare può essere vincente rispetto a quello settoriale. Una prima parte del lavoro è stata dedicata allo studio dei temi topologici e geometrici con riferimento non solo alla genesi e, quando possibile, alla strategia dimostrativa, ma anche alla loro valenza didattica. Una seconda parte è stata dedicata alla selezione e all’analisi di come alcuni di questi contenuti si possano declinare in modo fruibile e fertile per gli studenti di scuola secondaria e alla progettazione di un possibile percorso didattico.