INTRODUZIONE ALLA FISICA DELLA MATERIA

Crediti: 
12
Anno accademico di offerta: 
2016/2017
Semestre dell'insegnamento: 
Annuale
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Fornire le basi, sia fenomenologiche che concettuali, della fisica della materia, dalle particelle elementari alla materia condensata. Mettere gli studenti in grado di risolvere semplici problemi applicando il più semplice approccio di fisica classica, semiclassica e quantistica, nello spirito dei conti sul retro della busta.

Prerequisiti

Occorre saper utilizzare la fisica classica nella soluzione di semplici problemi di meccanica, termodinamica, elettromagnetismo ed ottica (contenuti di Fisica 1 e 2).

Contenuti dell'insegnamento

Parte I: nuclei, particelle ed atomi.
Parte II: molecole, materia condensata.
Vedere i contenuti dettagliati nel syllabus delle due parti:

Programma esteso

1. Introduzione, fenomenologia dei Nuclei

2. Quattro esperimenti: Rutherford scattering, il protone, Chadwick e il neutrone, Hofstadter e le dimensioni del nucleo.

3. Energia di legame, modello a goccia, modello di Yukawa.

4. Decadimenti α,β,γ, trasmutazione, introduzione alla carta dei nuclidi, NMR, effetto Mössbauer.

5. Gas di Fermi, distribuzione di Fermi, particelle identiche e principio di Pauli, modello vettoriale per la somma dei momenti angolari.

6. Modello a shell, nuclei pari-pari, dispari-dispari, pari-dispari e dispari-pari.

7. Fusione, fissione, reazione a catena, bomba nucleare, reattori nucleari, Tokamak.

8. Carta dei nuclidi, II parte, e valle di stabilità, la nucleosintesi

9. Particelle: leptoni, adroni (mesoni e barioni). Il positrone, il pione e il muone.

10. Un esempio di un momento angolare quantistico: matrici di Pauli, autostati ed autovalori, regole di commutazione.

11. Equazione di Dirac, mare di Dirac e antimateria.

12. QED, interazioni deboli, modello di Fermi, modello di Glashow, Weinberg e Salam, W±, Z0

13. QCD e modello standard

14. Astroparticelle (seminario di Massimo Pietroni)

15. Cronologia finale e μSR

16. Esperimento di Franck-Hertz, idrogeno non relativistico, atomi idrogenoidi, esperimenti di Stern-Gerlach e di Zeeman.

17. Prima prova in itinere.

18. Idrogeno relativistico, spin, accoppiamento spin-orbita e struttura fine, struttura iperfine

19. Elio, schermo e metodo variazionale

20. Elio: spin, scambio, orto- e para-elio, atomi di gas nobili e alcalini, difetto quantico

21. Atomi da Boro a Neon, regole di Hund-

22. Molti elettroni: campo autoconsistente, approssimazioni di Hartree, Hartree-Fock e funzionali densità (accenno)

23. Regole di selezione ottiche, "seconda quantizzazione" non relativistica, spettroscopia ottica.

24. Spettroscopia a raggi X, Auger, fotoelettronica-

25. Atomi freddi (seminario di Sandro Wimberger)

26. Ricapitolazione.

27. Seconda prova in itinere.

Bibliografia

Eisberg Resnik Quantum Physics, John Wiley, 1985 (Ch. 15,16,17,8,9,10) and Alonso Finn Fundamental Physics, Quantum Physics, Addison Wesley, 1968 (Ch. 7,8,9,3,4),

Metodi didattici

Lezioni, seminari, esercitazioni e compiti a casa.

Modalità verifica apprendimento

Due compiti scritti per ciascuna parte.
Parte del voto è dato dalla correzione dei compiti a casa.
Possibilità di integrazione con orale. Possibilità di dare sono un compito scritto per parte ed un orale complessivo.