Conoscenza dei concetti fisici e matematici sviluppati nei corsi del primo biennio e nei corsi del 1° semestre del 3° anno.

I principali contenuti del corso sono relativi a :

1. Interazione di atomi ad un solo elettrone con la radiazione elettromagnetica.
2. Il laser
3. L’atomo ad un solo elettrone. Spin ed interazioni magnetiche.
4. Atomi complessi
5. Molecole e solidi

-Conoscenza e comprensione della fenomenologia e dei modelli teorici della Fisica Moderna, con particolare riferimento a quelli della Meccanica Quantistica relativi alla struttura dell’atomo, delle molecole e dei solidi.

-Capacità di identificare gli elementi essenziali di un assegnato fenomeno, i principi della Fisica che lo governano, gli ordini di grandezza coinvolti, il livello di approssimazione appropriato in una sua modellizzazione.

-Autonomia di giudizio nella descrizioni di importanti processi fisici.

-Abilità comunicative nell’esposizione degli argomenti trattati.

-Capacità di dimostrare la conoscenza e comprensione degli argomenti trattati nel corso

Lezioni frontali durante le quali vengono fornite fotocopie di materiale didattico e materiale audiovisivo disponibile in rete, per meglio illustrare gli argomenti trattati nei libri di testo consigliati.

Esperimenti dimostrativi in laboratorio relativi a tecniche spettroscopiche, l’esperienza di Planck e la misura della lunghezza di coerenza di radiazione elettromagnetica.

Esame orale con domande inerenti gli argomenti sviluppati nell’ ambito del corso allo scopo di verificarne:

• la conoscenze e comprensione,
• la capacità di applicare conoscenze e comprensione,
• l’ abilità comunicative,

la capacità di apprendimento.

16/01/2019,13/2/2019, 24/4/2019, 20/06/2019, 10/7/2019, 25/07/2019, 19/09/2019

1. Introduzione all’ atomo

Cenni storici su l’esistenza degli atomi, delle molecole e dell’ elettrone. Modelli dell’ atomo (Thomson, Rutherford, Bohr). Spettri atomici. Cenni sui raggi X. Processi atomici ed eccitazione di atomi.

      2      Interazione di atomi ad un solo elettrone con la radiazione elettromagnetica

Il campo elettromagnetico e la sua interazione con particelle cariche. Particelle cariche in un campo elettromagnetico. Interazione di atomi ad un solo elettrone con un campo elettromagnetico. Probabilità delle transizioni: assorbimento, emissione stimolata ed emissione spontanea. I coefficienti di Einstein. 

     3     Il laser

Concetti introduttivi. Emissione spontanea stimolata ed assorbimento. L’idea laser. Sistemi di pompaggio. Proprietà del fascio laser: monocromaticità, coerenza, direzionalità, brillanza.

     4     Quantizzazione del momento angolare

Richiami sull’equazione di Schrodinger in coordinate sferiche e le sue soluzioni. Momento angolare e numeri quantici.  Quantizzazione dell’energia. Osservabili in coordinate sferiche.

     5.    L’ atomo ad un elettrone

Richiami sull’equazione differenziale radiale e relative soluzioni. Degenerazione. Distribuzioni di probabilità. Regole di selezione per interazioni di dipolo elettrico.

     6     Spin ed interazioni magnetiche.

Momento magnetico orbitale. Effetto Zeeman normale. Esperimento di Stern-Gerlach. Proprieta’ dello spin dell’elettrone. Il momento angolare totale. Interazione spin-orbita. Energia di interazione spin-orbita. Risultati dalla meccanica quantistica relativistica. L’ effetto Zeeman.

      7.   Atomi complessi

Il modello del campo centrale. Richiami sul concetto di particelle identiche. Il principio di esclusione e le forze di scambio. La teoria di Hartee e relativi risultati. Stati fondamentali di atomi a molti elettroni e tabella periodica degli elementi. Spettri a raggi X. Antisimmetria dell’elettrone. L’atomo di elio. Atomi alcalini. Accoppiamento del momento angolare. Aspetti spettroscopici dell’accoppiamento LS. Livelli di energia dell’atomo di carbonio.

     

      8.    Molecole

La molecola H2+. Legame covalente: H2. Legami ionici: LiF, NaCl. Interazioni di Van der Waals. Molecole poliatomiche. Moto vibrazionale e rotazionale di una molecola biatomica. Spettri roto-vibrazionali. La teoria dello scattering Raman.

      9.     Solidi

Tipi di solidi. Teoria a bande nei solidi. Conduzione elettrica nei metalli. Il modello quantistico dell’elettrone libero. Il moto degli elettroni in una struttura periodica. La massa effettiva. Semiconduttori. Dispositivi a semiconduttore: il diodo a semiconduttore

J. J. Brehm, W. Mullin, Introduction to the structure of matter: A Course in Modern Physics, Wiley, John Wiley&Sons.

R. Eisberg, R. Resnik, Quantum Physics. Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles, John Wiley&Sons.

B. H. Bransden, C. J. Joachain, Physics of Atoms and Molecules, 2sd Edition, Pearson Education Limited, 2003.

O. Svelto, Principles of Lasers, Plenum Press, 2014.