ITALIANO

1. RICHIAMI di MECCANICA QUANTISTICA
2. ATOMI a SINGOLO ELETTRONE
3. TEORIA delle PERTURBAZIONI INDIPENDENTI DEL TEMPO
4. INTERAZIONE della RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA con ATOMI IDROGENOIDI
5. SISTEMI di PARTICELLE IDENTICHE:
6. ATOMI a DUE ELETTRONI
7. ATOMI a MOLTI ELETTRONI
8. TEORIA della CONDUCIBILITA' TERMICA ED ELETTRICA nei METALLI

- C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe, Quantum Mechanics, Vol. II, Wiley.

- B. H. Bransden & C.J. Joachain, Physics of Atoms and Molecules, Prentice Hall.

- Griffiths, Introduzione alla Meccanica Quantistica. CEA.

- Conoscenza e capacità di comprensione:
Il corso si propone l’obiettivo di fornire le conoscenze basilari di Fisica della Materia, con particolare riguardo alla struttura atomica, all’interazione radiazione-materia, agli spettri atomici ed ai sistemi di particelle identiche. Inoltre, viene anche fornito un quadro della fenomenologia alla base dello sviluppo della Fisica Atomica Quantistica.
- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente acquisirà familiarità con il formalismo e con i metodi di studio propri della Meccanica Quantistica, anche sviluppando la capacità di impostare e risolvere problemi fisici nell’ambito della Fisica Quantistica e della Fisica Atomica. Infine, lo studente svilupperà una certa sensibilità verso gli ordini di grandezza ed i livelli di approssimazione con cui si possono descrivere sistemi quantistici complessi, come gli atomi a più elettroni.

Per sostenere l'esame orale, lo studente deve aver già sostenuto gli esami di Fisica Generale II e Laboratorio di Fisica II.

Il corso è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni numeriche in aula.

La verifica del livello di apprendimento consisterà in una prova orale, della durata di circa trenta minuti, da effettuarsi alla fine del corso. La prova orale consiste in domande relative al programma svolto a lezione.

Programma:
1. RICHIAMI di MECCANICA QUANTISTICA: Equazione di Schrödinger e funzioni d’onda. Osservabili ed operatori hermitiani. Notazione di Dirac.
2. ATOMI a SINGOLO ELETTRONE: Equazione di Schrödinger per atomi idrogenoidi. Livelli dell’energia e funzioni d’onda. Teorema del viriale quantistico e classico. Cenni su atomi esotici: antidrogeno, positronio, muonio; idrogeno muonico; idrogeno kaonico; idrogeno pionico.
3. TEORIA delle PERTURBAZIONI INDIPENDENTI DEL TEMPO: Perturbazioni su livelli non degeneri. Correzioni al 1° e 2° ordine sull'energia e sulle funzioni d'onda. Perturbazioni su livelli degeneri. Effetto Stark lineare e quadratico. Effetto Zeeman normale e anomalo. Lo shift isotopico: effetto di massa ed effetto di volume. La struttura fine nell’atomo di idrogeno: termine cinetico, termine di spin-orbita e termine di Darwin. Cenni sulla struttura iperfine. Effetti di struttura fine per la Lyman alfa e per la Balmer alfa. Esperimento di Lamb e Retherford. Scoperta del Lamb shift.
Spiegazione qualitativa del Lamb shift. Cenni sulla QED. Il fenomeno della polarizzazione del vuoto.
4. INTERAZIONE della RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA con ATOMI a SINGOLO ELETTRONE: Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Approssimazione quasi-classica dell’interazione della radiazione elettromagnetica con atomi idrogenoidi. Probabilità per transizioni indotte. L’approssimazione di dipolo elettrico. Regole di selezione e spettro degli atomi idrogenoidi. Coefficienti di Einstein. Tempo di vita degli stati eccitati. Approssimazione di dipolo magnetico e di quadrupolo elettrico. Il momento angolare intrinseco del fotone: concetto di elicità. Legame con la polarizzazione. Esperimento di Beth. Principio di funzionamento di una Laser. Allargamenti e forme di riga. Legge di Lambert-Beer: intensità di riga, coefficiente di assorbimento e sezione d'urto.
5. SISTEMI di PARTICELLE IDENTICHE: Cenni di meccanica statistica: i microstati e lo spazio delle fasi. Le ipotesi fondamentali. Insiemi statistici. L'insieme microcanonico e la distribuzione di Boltzmann. Funzione di partizione. Particelle identiche. Statistiche quantistiche. Postulato di simmetrizzazione. Principio di esclusione di Pauli. Gas di Bosoni: calcolo del potenziale chimico; il condensato di Bose-Einstein e calcolo dellatemperatura critica. Gas di fermioni: calcolo del livello di Fermi.
6. ATOMI a DUE ELETTRONI: Hamiltoniana di atomi a due elettroni. Funzioni di spin e ruolo del principio di esclusione di Pauli: stati para ed orto.
Gli stati ingarbugliati per l'atomo di elio. Trattazione con la teoria delle perturbazioni. Integrale di scambio e integrale di Coulomb. Teorema di Ritz e Metodo variazionale. Livelli di un atomo a due elettroni. Stato fondamentale e stati eccitati di un atomo a due elettroni.
7. ATOMI a MOLTI ELETTRONI: Approssimazione di campo centrale; modello a particelle indipendenti. Il potenziale centrale ed il metodo del campo autoconsistente (Hartree); il determinate di Slater. Accoppiamento L-S. Accoppiamento j-j. Spettro degli atomi alcalini e degli atomi con più elettroni attivi. La sequenza del carbonio.
8. ELEMENTI DI FISICA DEI METALLI: La teoria di Drude dei metalli: conduzione elettrica dc ed ac nei metalli; la conducibilità elettrica e termica. Propagazione elettromagnetica nei metalli: frequenza di plasma. I limiti del Modello di Drude. La teoria di Sommerfeld: gas di elettroni con statistica di Fermi-Dirac; legge di Weidemann e Franz.

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