PRESENTAZIONE

L'insegnamento presenta alcuni argomenti avanzati di termodinamica attraverso la osservazione di certo numero di fenomeni in esperimenti di laboratorio e la loro discussione in aula con l'ausilio di semplici modelli termodnamici, della meccanica staistica e fisica quantistica. Gli argomenti trattati appartengono alla fisica del vuoto, dei sistemi alle tempearture dell'elio liquido, della superfluidità e superconduttività.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Acquisizione di conoscenze e metodologie sperimentali avanzate di termodinamica applicata alle basse temperature e alla rivelazione di radiazioni, sensori termici ed elettronica associata.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo dell'insegnamento è l’acquisizione di conoscenze e metodologie sperimentali per lo studio di sistemi termodinamici complessi, quali quelli superfluidi e superconduttivi. Acquisizioni di conoscenze di base nelle tecnologie del vuoto, della produzione di basse temperature e quelle dei dispositivi a bassa temperatura. 

Viene enfatizzato il valore professionalizzante delle conoscenze  tecnologiche  in vuoto e criogenia, che sono sono ormai utilizzate da molti centri di ricerca e industrie locali e nazionali (Thales Alenia Space (Mi), Kaiser Italia (Li), Simic(Cn), Rial Vacuum(Pr), Pasquali MicrowaveSystem(Fi), ASG(Ge), Agilent Technologies (To),...).

Viene stimolata la crescita di abilità nello studio di semplici dispositivi criogenici superconduttivi, recentemente molto apprezzati negli sviluppi per la computazione quantistica che sono in corso in diverse università e centri di ricerca pubblici e privati (es: IBM Eegle/condor. Google Sycamore, Intel Horse Ridge,...).

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali in aula e 6 esperienze pomeridiane di 4 ore circa nel laboratorio didattico di basse temperature. I testi indicati e gli  appunti di lezione, che  saranno pubblicati sul sito Aulaweb, rappresentano i principali ausilii didattici. Le esperienze vengono introdotte a lezione mentre i dettagli dell'escuzione sono discussi prima dell'inizio dell'esperienza.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Vuoto: pompe primarie sigillate a fluido e a secco, pompe turbomolecolari, a fluido, getter e ioniche, misura del vuoto con trasduttori meccanici, termici, ionici a catodo caldo e freddo. Criogenia: cicli Stirling e Gifford Mac Mahon, tubi pulsati, liquefazione dei gas e espansione Joule-Thomson, liquefattori per l’azoto e per l’elio, refrigerazione magnetica, refrigeratori a diluizione. Misure di temperatura: scala assoluta di temperatura e standard fino al mK, termometri primari e scondari. Fisica di alcuni sistemi a bassa temperatura: conduzione elettrica e termica, superfluidità e transizione lambda, He-I e He-II e modello di London, effetti termomeccanici, superconduttività e le sue evidenze sperimentali, classificazione in superconduttori di tipo I e II, elementi della teoria microscopica BCS e gap proibita, termodinamica del superconduttore e elementi della teoria di Ginzburg Landau. Fisica di alcuni dispositivi a bassa temperatura selezionati tra:  giunzioni superconduttrici (SIS), dispositivo a interferenza quantistica (SQUID), punti quantici (QDot)e single electron transistor (SET), bolometri e calorimetri superconduttivi (TES). 

Argomenti delle Esperienze: 1- raffreddamento con LHe e misura del’ingresso termico di un criostato;  2- termometria assoluta al Kelvin con calibrazione di un termometro secondario; 3 - transizione di fase lambda HeI-He-II e superfluidità; 4-transizione dallo stato di conduzione normale a quello superconduttiva; 5- caratteristica IV di una giunzione tunnel Superconduttore-Isolante-Superconduttore e gap proibita; 6. interferanza quantistica nello SQUID.  

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Zemansky: “Calore e Termodinamica”; G.K.White:“Experimental Techniques in low temperature physics” ; R. Richardson, E. Smith: “Experimental Techniques in Condensed Matter Physics and Low temperature”; O.V. Lounasma:“Experimental Principles and Methods Below 1K” .

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

FLAVIO GATTI (Presidente)

NICOLA MANCA

ALICE CAMPANI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Nel secondo semestre nel 2024 secondo l'orario che sarà disponibile sul sito del corso di laurea in fisica.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Colloquio sugli argomneti del corso, oppure, esecuzione di una esperienza in laboratorio con presentazione del risultato.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Verifica delle conoscenze acquisite nell'esame colloquio, oppure, nella presentazione dei risultati della esperienza di laboratorio. E’ articolato su un numero prefissato di domande che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, le capacità di sintesi e di comunicazione. 

Calendario appelli