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METODI MATEMATICI IN MECCANICA QUANTISTICA

CODICE 90697
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
CFU
  • 6 cfu al 1° anno di 9011 MATEMATICA(LM-40) - GENOVA
  • 6 cfu al 2° anno di 9011 MATEMATICA(LM-40) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE MAT/07
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    In questo insegnamento verranno presentati i concetti di base della meccanica quantistica, mettendo in risalto le tecniche matematiche necessarie alla formalizzazione rigorosa di questa teoria. In particolare, si studierà la struttura algebrica delle osservabili quantistiche e si analizzeranno i teoremi necessari alla rappresentazione di quest'algebra. Infine verranno utilizzati alcuni strumenti della teoria degli operatori e dell'analisi sugli spazi di Hilbert per derivare le equazioni di evoluzione di Schrödinger e di Heisenberg e per discuterne le loro soluzioni.

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    A partire da alcuni concetti base della meccanica quantistica, che verranno richiamati all'inizio del corso, lo studente acquisirà gli strumenti indispensabili al fine di formalizzare la meccanica quantistica in un contesto matematico rigoroso. Nel perseguimento di tale obiettivo lo studente

    • esaminerà la struttura algebrica canonica di cui è dotato l'insieme delle osservabili quantistiche e
    • apprenderà i teoremi fondamentali che consentono di determinare le rappresentazioni dell'algebra delle osservabili quantistiche e quindi di studiare il comportamento dei sistemi quantistici.

    Questo fornirà allo studente le competenze necessarie a passare da un approccio algebrico astratto ad uno concreto, basato sulla teoria degli operatori su spazi di Hilbert. In particolare, lo studente

    • giungerà alla descrizione concreta della particella quantistica mediante l'algebre di Weyl e la sua rappresentazione di Schrödinger e
    • sarà in grado di descrivere il comportamento dinamico di un sistema quantistico mediante l'equazione di Schrödinger.

    Verso la fine del corso lo studente potrà confrontarsi con alcune applicazioni ad esempi concreti di interesse fisico, la cui analisi richiederà lo sviluppo di alcune tecniche proprie della teoria degli operatori autoaggiunti non-limitati su spazi di Hilbert.

    MODALITA' DIDATTICHE

    Lezioni frontali. Frequenza consigliata.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Osservazioni preliminari di carattere fisico

    • Crisi della fisica classica a livello atomico.

    Descrizione algebrica di un sistema fisico

    • Sistemi hamiltoniani classici; stati e osservabili.
    • Descrizione delle osservabili tramite C*-algebre.
    • Trattazione matematica delle C*-algebre (sia nel caso commutativo che in generale).

    Sistemi quantistici e non-commutatività

    • Principio di Heisenberg e non-commutatività.
    • Stati quantistici e teorema di rappresentazione di Gelfand-Neimark-Segal (GNS).

    Particella quantistica

    • Algebre di Weyl e gruppo di Heisenberg.
    • Teorema di unicità di von Neumann.
    • Costruzione della rappresentazione di Schrödinger.
    • Stati gaussiani.

    Equazione di Schrödinger

    • Automorfismi dell'evoluzione temporale e loro rappresentazione (Heisenberg).
    • Particella quantistica libera.
    • Operatori autoaggiunti non-limitati.

    Esempi e applicazioni

    • Principio di sovrapposizione.
    • Oscillatore armonico quantistico.
    • Particella quantistica in una buca di potenziale.
    • Atomo idrogenoide.

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Per questo corso verranno fornite delle dispense. Di volta in volta saranno anche suggeriti alcuni testi di riferimento utili ad approfondire la preparazione.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    MARCO BENINI (Presidente)

    LEZIONI

    INIZIO LEZIONI

    Come da calendario approvato dal Consiglio di Corsi di Studi.

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    L'esame prevede una prova orale in cui è richiesto allo studente di dimostrare dimestichezza con i concetti e gli strumenti presentati nel corso. L'obiettivo è verificare che lo studente abbia appreso le definizioni e i teoremi presi in esame durante il corso e che sia in grado di svilupparne le dimostrazioni in maniera autonoma.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    L'esame consiste in un'unica prova orale, da svolgere previo appuntamento con il docente.

    ALTRE INFORMAZIONI

    Agli studenti con certificazione di DSA, di disabilità o di altri bisogni educativi speciali si consiglia di contattare il docente all’inizio del corso per concordare modalità didattiche e d’esame che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali e forniscano idonei strumenti compensativi.