Corsi di Laurea Corsi di Laurea Magistrale Corsi di Laurea Magistrale
a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY
Insegnamento
FUNDAMENTALS OF MODERN PHYSICS
SCP9086380, 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
ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY
SC2490, ordinamento 2019/20, A.A. 2019/20
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese FUNDAMENTALS OF MODERN PHYSICS
Sito della struttura didattica http://astrophysicsandcosmology.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Sito E-Learning https://elearning.unipd.it/dfa/course/view.php?idnumber=2019-SC2490-000ZZ-2019-SCP9086380-N0
Obbligo di frequenza
Lingua di erogazione INGLESE
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 CHIARA MAURIZIO FIS/03

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Microfisico e della struttura della materia FIS/03 6.0

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

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Commissioni d'esame
Nessuna commissione d'esame definita

Syllabus
Prerequisiti: Fondamenti di fisica quantistica e di struttura della materia.
Conoscenze e abilita' da acquisire: L’obiettivo formativo dell'insegnamento è acquisire competenze di fisica atomica e molecolare e di meccanica statistica quantistica.
Modalita' di esame: Esame orale su argomenti trattati a lezione.
Criteri di valutazione: Sarà valutato il grado di comprensione degli argomenti svolti, l'acquisizione dei concetti e dei metodi di approssimazione proposti nell'insegnamento e la capacità di applicarli in modo critico e consapevole.
Contenuti: 1) Richiami: Equazione di Schroedinger per due particelle, in particolare con potenziale di interazione centrale. Armoniche sferiche e soluzione radiale. Valori di aspettazione notevoli e andamento delle soluzioni. Teorema del viriale per un atomo ad un elettrone.
2) Teoria delle perturbazioni indipendenti dal tempo, caso non degenere e degenere. Esempi. Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Perturbazione accesa ad un istante to e poi costante, perturbazione periodica. Frequenza di Rabi.
3) Interazione di un atomo idrogenoide con la radiazione elettromagnetica. Probabilità di transizione, approssimazione di dipolo, sezione d'urto di assorbimento e di emissione stimolata. Emissione spontanea, regole di selezione in approssimazione di dipolo per un atomo idrogenoide. Spin del fotone: esperimento di Beth. Regola della somma.
4) Tempo di vita di uno stato. Profilo di una riga di emissione/assorbimento. Sezione d'urto di assorbimento. Pressure broadening e Doppler broadening. Esempi. Principio di funzionamento e caratteristiche emissive di un laser/maser. Maser ad ammoniaca. Laser a stato solido. Spettroscopie: esempi di spettroscopia sub-Doppler.
5) Effetto fotoelettrico: calcolo della sezione d'urto per emissione dallo stato 1s di un atomo idrogenoide, confronto col dato sperimentale.
6) Scattering: sezione d'urto differenziale, caso anelastico e elastico. Per quest'ultimo limite di bassa (Rayleigh) e alta frequenza (Thomson). Elementi di teoria dello scattering. Sviluppo in onde parziali e calcolo corrispondente di sezioni d’urto.
7) Composizione di momenti angolari. Struttura fine di un atomo idrogenoide: interazione spin-orbita, correzione relativistica, correzione di Darwin. Termine di struttura fine complessivo. Calcolo di alcuni livelli energetici di un atomo idrogenoide. Correzione di Lamb. Struttura iperfine. Riga a 21 cm dell'idrogeno.
8) Effetto Zeeman 'normale' (caso lineare, campi intensi): esempi, transizioni, condizioni di polarizzazione. Effetto Zeeman (caso lineare, interazione spin-orbita come perturbazione [Paschen-Bach]). Effetto Zeeman 'anomalo' (caso lineare, campi deboli). Effetto Zeeman per campi ultra forti.
9) Effetto Stark-Lo Surdo lineare: stato n=1 e n=2 per un atomo idrogenoide, transizioni 2s->1s di un atomo di idrogeno in presenza di campo elettrico. Effetto Stark-Lo Surdo quadratico (caso n=2), polarizzabilita’ statica. Quenching dello stato 2s dell'idrogeno. Ionizzazione dovuta ad un campo elettrico statico (trattazione qualitativa).
10) Atomi a molti elettroni. Stato di tripletto, di singoletto. Principio di esclusione di Pauli (forma debole e forte). Atomo di elio (elettroni indipendenti, carica efficace). Stato fondamentale di un atomo a 2 elettroni: approccio perturbativo al prim'ordine. Stati eccitati puramente discreti: caso (1s,2s). Metodo variazionale e applicazione allo stato fondamentale di un atomo a 2 elettroni. Effetto Auger per l'elio.
11) Approssimazione di potenziale centrale per un atomo a molti elettroni. Teoria di Hartree, risultati. Determinante di Slater. Metodo di Hartree-Fock (cenni). Risultati, tavola periodica, configurazioni.
12) Correzione al potenziale centrale. Accoppiamento L-S: esempi di configurazione elettronica e degenerazione corrispondente. Accoppiamento j-j.
13) Molecole: approssimazine di Born Oppenheimer. Molecole semplici: H2+ (combinazione lineare di orbitali atomici) e H2. Dinamica rotazionale e vibrazionale di molecole.
14) Meccanica Statistica Quantistica. Indice di occupazione. Distribuzioni di Bose-Einstein e Fermi-Dirac. Esempi.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Gli argomenti e i contenuti trattati a lezione potranno essere approfonditi e/o integrati sui testi di riferimento.
Testi di riferimento:
  • Bransden, Brian Harold; Joachain, Charles J., Physics of Atoms and Molecules. Harlow: Prentice Hall, 2003. Cerca nel catalogo
  • Gasiorowicz, Stephen, Quantum Physics. Hoboken: J. Wiley, 2003. Cerca nel catalogo
  • Eisberg, Robert M.; Resnick, Robert, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles. New York: Wiley, 1985. Cerca nel catalogo
  • McGervey, John D., Solutions Manual for Introduction to Modern Physics. Orlando: Academic Press, 1984. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Case study
  • Interactive lecturing
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

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

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