PRESENTAZIONE

Il corso illustra i principi fisici  della meccanica quantistica, le sue motivazioni fisiche, le basi matematiche del suo formalismo, e le applicazioni principali alla fisica degli atomi e delle molecole, nei gas e nella materia condensata. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Fornire un buon livello di conoscenza dei principali effetti quantistici negli atomi, nuclei e molecole, nei gas e nella materia condensata

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo del corso è portare gli studenti a un buon livello di conoscenza dei principali effetti quantistici negli atomi, nuclei e molecole, nei gas e nella materia condensata. Ci si aspetta che lo studente acquisisca una comprensione dei principi di base che caratterizzano la descrizione quantistica dei fenomeni fisici per i quali tale descrizione è necessaria,  e che sia in grado di risolvere problemi elementari che coinvolgono particelle quantistiche o altri semplici sistemi quanto-meccanici.

MODALITA' DIDATTICHE

TRADIZIONALE

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il corso, dopo un’introduzione ai primi sviluppi storici della fisica quantistica ed una presentazione della cosidetta "vecchia teoria dei quanti",   tratta il formalismo della teoria quantistica moderna e  descrive  le piu semplici applicazioni dell’equazione di Schroedinger alla fisica atomica, molecolare e della materia condesata.

Dettaglio del calendario (70 ore che includono le ore di esercitazione):

- La crisi della fisica classica (6 ore): I modelli atomici, l'effetto fotoelettrico, l'effetto Compton, la teoria microscopica classica del calori specifici, lo spettro di assorbimento ed emissione degli atomi.

- La vecchia teoria quantistica (6 ore): la condizione di quantizzazione di Bohr-Sommerfeld, la lunghezza d'onda di De Broglie, la dualità onda corpuscolo. La teoria quantistica dei calori specifici. Il corpo nero e lo spettro di Planck.

- Complementi di matematica (8 ore): Numeri complessi. Matrici, sistemi lineari.

- Il formalismo della meccanica quantistica (10 ore): il principio di sovrapposizione, stati, vettori, operatori e osservabili, la funzione d'onda nella rappresentazione di Schroedinger.  Lo spin. 

- L'equazione di Schroedinger e le sue applicazioni (16 ore): Spettri continui e discreti. L'oscillatore armonico. Buche di potenziale. Effetto tunnel. Potenziali periodici e bande.

- L'atomo (12 ore): Il momento angolare. L'atomo di idrogeno. Lo spin dell'elettrone. Il principio di esclusione di Pauli.

- Metodi di approssimazione perturbativi e variazionali (12 ore): Effetto Stark ed effetto Zeeman. L'atomo di elio. Metodi variazionali.  Molecole e legami chimici. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

- La fisica di Feynman, Volume 3. “Meccanica quantistica” (Zanichelli 2007); disponibile  anche on-line in inglese gratuitamente: http://www.feynmanlectures.info/

-  Lezioni di Meccanica Quantistica, L.E. Picasso, Edizioni ETS, (2000) Pisa;

-  Chimica Fisica, Peter Atkins e Julio De Paula, (Zanichelli 2012);

- Introduction to Quantum Mechanics: S.M. Blinder (Elsevier, 2004).

- Introduction to Quantum Mechanics: David J. Griffiths (Benjamin Cumming, 2004);

- Modern Quantum Mechanics: J. J Sakurai (Addison Wesley, 1993);

- Dispense ed esercizi disponibili sul: https://www.ge.infn.it/~imbimbo

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

CAMILLO IMBIMBO (Presidente)

NICOLA MAGGIORE

NICODEMO MAGNOLI

MARIO AGOSTINO ROCCA

SILVANA TERRENI

LEZIONI

Orari delle lezioni

FISICA MODERNA

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in un esame scritto ed in un esame orale.

La prova scritta è organizzata su più domande/ problemi su argomenti del programma svolto durante il corso; a ciascuna domanda viene assegnato  preventivamente un punteggio indicato nel testo di esame, la somma dei punteggi delle domande essendo 33/30.  L'accesso all'esame orale richiede il raggiungimento del punteggio di 18/30. Le modalita' dello svolgimento dell'esame sia scritto che orale sono illustrate agli studenti in dettaglio all'inizio del corso.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Le difficolta' delle domande della prova scritta e' graduata, in modo da effettuare un accertamento del grado di raggiungimento degli obiettivi formativi.

L'esame orale è sempre condotto dal docente responsabile e da un altro esperto della materia (di solito un docente di ruolo) ed ha una durata che varia tra circa 30 e circa 50 minuti. L'esame orale si articola in una prima parte che consiste in una discussione dell'esame scritto, con l'obiettivo di approfondire e di completare le domande ed i punti  che eventualmente non sono stati completamente o correttamente svolti. La seconda parte dell'orale consiste in una domanda su un tema del programma diverso da quello affrontato nello scritto, in modo da permettere una valutazione piu' complessiva della preparazione dello studente, insieme alla sua  capacita' di esposizione e di elaborazione personale della materia trattata. Il punteggio ottenuto all'orale, per un massimo di 6/30,  viene sommato a quello ottenuto nello scritto per ottenere il voto finale.

Calendario appelli