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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
MATEMATICA
Insegnamento
FISICA MODERNA
SCP3051032, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
MATEMATICA
SC1172, ordinamento 2011/12, A.A. 2019/20
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Curriculum GENERALE [010PD]
Crediti formativi 8.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese MODERN PHYSICS
Sito della struttura didattica http://matematica.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Matematica
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile DANIELE BERTACCA FIS/05

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/02 4.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/05 4.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
ESERCITAZIONE 1.0 8 17.0
LEZIONE 7.0 56 119.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2011

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus
Prerequisiti: Conoscere i fondamenti di Fisica Classica relativi agli ambiti di Meccanica, Fisica Matematica, Elettromagnetismo e Termodinamica.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso ha come obiettivo l'apprendimento delle idee fondamentali alla base dello sviluppo della fisica moderna (anche in relazione alla loro evoluzione storica). Alla fine del corso lo studente dovrà conoscere le idee fondamentali, in particolare della relatività e della fisica quantistica e gli esperimenti (trattati a lezione) che hanno portato allo sviluppo della Fisica Moderna. Dovrà inoltre aver appreso i modelli teorici di base e dovrà saperli applicare per interpretare fenomeni a livello microscopico e in contesti astrofisici o di alte energie.
Modalita' di esame: Per la parte "Introduzione alla Relatività": Prova orale

Per la parte "Introduzione alla Meccanica quantistica": Prova Orale
Criteri di valutazione: Il candidato dovrà dimostrare di conoscere gli argomenti di fisica moderna trattati nel corso e di saperli applicare per interpretare fenomeni a livello microscopico e in ambito astrofisico o delle alte energie.
Sarà valutato positivamente la padronanza dei modelli teorici, la capacità di utilizzarli perrisolvere esercizi, la conoscenza della loro evoluzione storica, la capacità di valutare in quali ambiti e sotto quali condizioni i modelli e le teorie di fisica classica non sono applicabili e la capacità espositiva.
Contenuti: FISICA MODERNA

Prima parte: Introduzione alla Meccanica quantistica
Docente: Daniele Bertacca

Particelle e onde classiche e la crisi di inizio '900. Effetto fotoelettrico e fotoni. Effetto Compton. Ipotesi di de Broglie e esperimento di Davisson e Germer. Esperimento delle due fenditure per particelle e onde classiche e per particelle quantistiche. Le idee base: funzione d'onda, interpretazione probabilistica e principio di indeterminazione di Heisenberg. Radici storiche della meccanica quantistica. Corpo nero e ipotesi di Planck. Radiazione cosmica di fondo. Modello atomico di Thompson e esperimento di Rutherford. Spettroscopia dell'idrogeno e modello di Bohr. Equazione di Schroedinger. Cenni alla struttura matematica della meccanica quantistica: operatori e autovalori. Tipi di misure in meccanica quantistica. Effetto tunnel e radioattivita'. Quantizzazione dell'energia in esempi di buche di potenziale. Quantizzazione del momento angolare, stabilita' della materia. Spin. Particelle quantistiche identiche. Principio di esclusione di Pauli e incompenetrabilita' della materia. Tavola periodica. Cenni alle statistiche quantistiche (Fermi-Dirac e Bose-Einstein) e alle proprietà di entanglement quantistico.


Seconda parte: Introduzione alla Relativita'
Docente: Daniele Bertacca

Relatività galileana. Trasformazioni di Galileo. Elettromagnetismo e relatività galileana. Aberrazione.Esperimento di Michelson-Morley. Primi tentativi di risoluzione e la soluzione definitiva.

I postulati della teoria della relatività speciale. Osservatori e misure di spazio e tempo. Relatività della simultaneità. Trasformazioni di Lorentz. Diagrammi di Minkowski. Invarianza dell’ intervallo spazio-temporale. Contrazione delle lunghezze. Dilatazione dei tempi e verifica sperimentale. Tempo proprio e paradosso dei gemelli. Coni luce e causalità. Composizione delle velocità e aberrazione.

Gruppo di Lorentz. Grandezze covarianti e controvarianti. Tensori quadridimensionali. Quadrivelocità, quadrimomento, quadriforza. Energia cinetica e equivalenza massa energia. Relazione tra momento ed energia. Particelle di massa nulla. Decadimenti. Descrizione generale degli urti: urti elastici ed anelastici (cenni). Urti elastici.

Tensore elettromagnetico. Equazioni di Maxwell in forma covariante. Trasformazioni dei campi elettromagnetici. Invarianti elettromagnetici. Particella carica in un campo elettrico e/o magnetico costanti. Quadricorrente e sua equazione di continuità per particelle puntiformi. Conservazione della carica e sua natura scalare. Effetto Doppler.

Principio di relatività generale. Sistemi non-inerziali e geometria non-euclidea. Principio di equivalenza.
Cenni al calcolo tensoriale in una varietà Riemanniana: connessione affine, derivata covariante, simboli di Christoffel, equazione della geodetica, identità di Bianchi. Equazioni di Einstein. Conservazione covariante del tensore dinamico energia-impulso. Equazione di deviazione geodetica e tensore di curvatura di Riemann

Limite Newtoniano e approssimazione di campo debole (cenni).
Onde gravitazionali (cenni).
Soluzione esatta a simmetria sferica per le equazioni di Einstein nel vuoto: metrica di Schwarzschild (cenni).
Cenni di cosmologia relativistica.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: La metodologia di insegnamento prevede lezioni frontali, lavori di gruppo per approfondire alcuni temi del corso.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Durante il corso saranno forniti appunti del corso, testi scritti o link per approfondire alcuni degli argomenti trattati. La bibliografia di riferimento è da considerarsi di consultazione e saranno indicati durante il corso le parti di interesse in relazione agli argomenti trattati.
Testi di riferimento:
  • M. Gasperini, Manuale di Relatività Ristretta. --: Spinger-Verlag Italia, 2010. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • Sean M. Carroll, Spacetime and geometry: An introduction to general relativity Gravitation and Cosmology. San Francisco, USA: Addison-Wesley, 2004. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • R. d'Inverno, Introducing Einstein's relativity Astrophysics Gravitation and Cosmology. Clarendon, UK: Oxford, 1992. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • B. Schultz, A First Course in General Relativity. Cambridge: Cambridge University Press, 2009. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • F. de Felice and C. J. S. Clarke, Relativity on Curved Manifolds. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1990. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • S. Weinberg, Gravitation and Cosmology. --: John Wiley and Sons, 1972. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • Landau and Lifshitz, The Classical Theory of Fields. --: Butterworth-Heinemann, 1980. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • M. Gasperini, Relatività Generale e Teoria della Gravitazione. --: Springer Verlag Italia, 2015. Per la parte: Introduzione alla Relatività Cerca nel catalogo
  • David J Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics. --: Pearson Prentice Hall, 2004. Per la parte: Introduzione alla Meccanica quantistica Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)

Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Istruzione di qualita' Uguaglianza di genere Ridurre le disuguaglianze