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Il Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica, nato nel 1983 dalla fusione dell'Istituto di Fisica Nucleare e dell'Istituto di Fisica Teorica, promuove e coordina attività didattica e di ricerca nel campo della fisica nucleare e subnucleare, della fisica teorica, dell'astrofisica, dell'astronomia e della fisica ambientale.
Al Dipartimento fanno capo insegnamenti del corso di laurea in Fisica, di altri corsi di laurea e scuole di specializzazione.
In collaborazione con il Dipartimento di Fisica "A. Volta" il Dipartimento coordina i corsi di Dottorato di Ricerca in Fisica.
L'attività di ricerca riguarda principalmente lo studio, sia teorico che sperimentale, delle interazioni fondamentali nucleari, subnucleari e gravitazionali.
La ricerca sperimentale si svolge tipicamente in collaborazioni internazionali, spesso di notevoli dimensioni, che operano presso grandi laboratori, quali il CERN di Ginevra, il FERMILAB di Batavia (Illinois), i laboratori nazionali di Frascati e del Gran Sasso, il laboratorio MAMI di Mainz. Il contributo pavese si articola sia nella progettazione e costruzione di apparati di rivelazione, sia nell'acquisizione e analisi dei dati. Di conseguenza viene condotta localmente un'attività di ricerca e sviluppo di tecniche di rivelazione e analisi che si affianca alle ricerche di tipo ambientale sugli effetti delle radiazioni e di tipo applicativo biomedico che fanno uso di fasci di particelle per la terapia dei tumori. Queste ultime si avvalgono anche del fascio di neutroni prodotto dal reattore nucleare TRIGA MARK II del Laboratorio Energia Nucleare Applicata dell'Università di Pavia.
Le ricerche teoriche sono sia di tipo fondamentale che di tipo fenomenologico. Le prime riguardano problemi di meccanica quantistica, meccanica statistica, fisica della gravitazione, unificazione delle interazioni fondamentali. La fenomenologia delle particelle elementari e dei nuclei atomici viene sviluppata in stretto collegamento con i gruppi sperimentali operanti presso i grandi laboratori internazionali. Ricerche spaziali vengono condotte in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Italiana e la NASA.
Per condurre con successo queste ricerche è essenziale il sostegno finanziario proveniente da altri enti quali l'INFN, il MIUR, l'Unione Europea, l'ASI. In particolare è importante il rapporto, regolato da apposita convenzione, con la Sezione dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ospitata presso il Dipartimento fin dalla sua costituzione e operante con 18 ricercatori e 25 tra tecnologi, tecnici e amministrativi. Questo permette, oltre che di avvalersi della collaborazione di personale altamente qualificato, di sviluppare un'efficiente rete di servizi tecnico-scientifici e di laboratori utili sia per la ricerca che per la didattica e di contribuire al sostegno della Biblioteca di Fisica "A. Volta".