Tutti i corsi di Fisica e di Analisi sono propedeutici a questo corso

Crisi della fisica classica e introduzione alla meccanica quantistica. Atomi, particelle, radiazioni, onde elettromagnetiche e fotoni. Atomo di Bohr, onde di materia, equazione di Schroedinger, Cenni ai problemi unidimensionali. Cenni ai problemi tridimensionali. Atomi ad un elettrone. Atomi a più elettroni.

• Conoscenze e comprensione: Possedere una comprensione di base dei fenomeni della meccanica quantistica con applicazioni al mondo atomico.
• Capacità di applicare conoscenze e comprensione: Essere in grado di risolvere semplici problemi di meccanica quantistica.
• Autonomia di giudizio:  La conoscenza diretta di modelli e metodi progressivamente più astratti e generali, porterà lo studente a riconoscere la presenza e l’efficacia esplicativa dei principi della Fisica moderna nell’accadimento dei fenomeni che coinvolgono fenomeni microscopici.
• Abilità comunicative: Il corso sarà teso a far apprendere allo studente uno specifico linguaggio descrittivo della fenomenologia dei sistemi fisici microscopici e delle loro interazioni fondamentali.
• Capacità di apprendimento: Il corso costituirà una base per un approfondimento autonomo di argomenti più avanzati, concernenti le applicazioni della meccanica quantistica all'ottica e alla chimica di base.

Lezioni frontali con esercitazioni

Prova scritta con una domanda di teoria a scelta dello studente tra due possibili (max 15 punti) e risoluzione di tre esercizi (max 5 punti l'uno). Una prova orale integrativa è prevista eccezionalmente a complemento. All'esame è ammesso l'uso di appunti personali ma non dei libri di testo.

Sessione invernale

1. 08/01/2024 ore 9:30 Aula M6
2. 05/02/2024 ore 9:30 Aula M6
3. 23/02/2024 ore 9:30 aula M6

Sessione estiva

1. 17/06/2024 ore 9:30 Aula M6
2. 01/07/2024 ore 9:30 Aula M6
3. 15/07/2024 ore 9:30 Aula M6
4. 13/09/2024 ore 9:30 Aula M6

I - Atomi particelle e radiazione

• Evidenza dell'atomismo del mondo
• Misura del numero di Avogadro
• Atomi: massa e dimensioni
• La scoperta dell'elettrone e misura del rapporto e/m
• L'esperimento di Millikan
• Richiami su interferenza e diffrazione
• Diffrazione di raggi X su cristalli
• Modello atomico di Thomson e di Rutherford
• La scoperta di nuove particelle e radiazioni

II - Luce onde elettromagnetiche e fotoni

• Radiazione termica
• Il corpo nero
• Dalla formula di Rayleigh-Jeans a quella di Planck
• L’effetto fotoelettrico
• La diffusione Compton
• Onde o particelle?

III - L'atomo di Bohr

• Principi base della spettroscopia
• Spettro dell’atomo di idrogeno
• Postulati e modello di Bohr
• Principio di corrispondenza

IV - Onde di materia

• Richiamo di fisica ondulatoria
• Lunghezza d’onda di de Broglie
• Diffrazione degli elettroni
• Dualismo onda-particella
• Pacchetti d’onda
• Principio di indeterminazione di Heisenberg
• Lunghezza d’onda di de Broglie e atomo di Bohr
• Il microscopio elettronico
• Natura ondulatoria delle particelle: esperimenti moderni
• Principio di indeterminazione e stati legati
• Principio di indeterminazione e stati eccitati

V - L'equazione di Schroedinger

• Equazione per le onde di materia
• Interpretazione della funzione d’onda
• Proprietà delle funzioni d’onda
• Valori di aspettazione
• Equazione di Schrödinger non dipendente dal tempo: stati stazionari
• Quantizzazione dell’energia

VI - Problemi unidimensionali

• Buca di potenziale di profondità infinita
• Oscillatore armonico
• Energia potenziale costante a tratti
• Gradino di potenziale
• Barriera di potenziale ed effetto tunnel
• Buca di potenziale di profondità finita

VII - Problemi tridimensionali

• Separazione delle variabili
• Buca di potenziale e oscillatore armonico tridimensionale
• Particella in campo centrale
• Equazione angolare
• Armoniche sferiche
• Momento angolare
• Equazione di Schrödinger per atomi a un elettrone
• Autofunzioni radiali e orbitali

VIII - Lo spin e la composizione di momenti angolari

• Spire e dipoli magnetici
• Dipoli magnetici elementari: esperimento di Stern e Gerlach
• Spin ½ (cenni)
• Somma di momenti angolari (cenni)
• Composizione di spin e spin-orbita (cenni)
• Momento di dipolo magnetico totale e fattore di Landè

IX - Sistemi con più particelle

• Regole di (anti-)simmetrizzazione
• Principio di esclusione di Pauli
• Atomo di elio e interazione di scambio
• Approssimazione di campo centrale
• I regola di Hund
• Sistema periodico degli elementi chimici
• Spettro dei raggi X e legge di Moseley
• Interazione spin-orbita e struttura fine

• Franco Ceccacci, Fondamenti di Fisica atomica e quantistica, EdiSES, ISBN9788879597159
• David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fondamenti di fisica. Fisica moderna, CEA, ISBN9788808219190
• Appunti del corso e presentazioni del docente (si veda "materiale didattico")