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ISTITUZIONI DI FISICA TEORICA

Canio NOCE ISTITUZIONI DI FISICA TEORICA

0512600013
DIPARTIMENTO DI FISICA "E.R. CAIANIELLO"
CORSO DI LAUREA
FISICA
2020/2021

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 3
ANNO ORDINAMENTO 2017
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
972LEZIONE
336ESERCITAZIONE
CANIO NOCE T Curriculum
Obiettivi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
CONSOLIDAMENTO DELLE CONOSCENZE DELLA MACRO-FISICA E COMPRENSIONE DELLA MICRO-FISICA, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLA MECCANICA RELATIVISTICA E MECCANICA QUANTISTICA. CONOSCENZE DI ARGOMENTI DI FRONTIERA NEL SETTORE DELLA FISICA QUANTISTICA.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
CAPACITÀ DI APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE IN CONTESTI DIFFERENTI E DI PERCEPIRE LA VALENZA INTERDISCIPLINARE DELLA MECCANICA RELATIVISTICA E QUANTISTICA E DELLE METODOLOGIE PROPRIE DI QUESTI AMBITI DISCIPLINARI. CAPACITÀ DI MESSA A PUNTO DI SEMPLICI MODELLI PER LA DESCRIZIONE DI FENOMENI DI NATURA ATOMICA. APPLICAZIONI DI CONOSCENZE PER LO STUDIO DI PROBLEMI DI FRONTIERA NEL SETTORE.
Prerequisiti
1) PREREQUISITI DI COMPETENZE MATEMATICHE
ALGEBRA DELLE MATRICI: MATRICI SIMMETRICHE; MATRICI ORTOGONALI; MATRICI HERMITIANE; MATRICI UNITARIE; DIAGONALIZZAZIONE DI MATRICI; AUTOVALORI ED AUTOVETTORI. SPAZI VETTORIALI. PRODOTTO SCALARE IN SPAZI FUNZIONALI. INTEGRABILITÀ E SOMMABILITÀ. NUMERI COMPLESSI ED ELEMENTI DI ANALISI COMPLESSA.
2) PREREQUISITI DI COMPETENZE FISICHE
MECCANICA CLASSICA; MECCANICA ANALITICA; ELETTROMAGNETISMO; OTTICA.
Contenuti
CRISI DELLA FISICA CLASSICA (10 ORE)
ESPERIMENTO DI MICHELSON E MORLEY; SPETTRO DEL CORPO NERO; EFFETTO FOTOELETTRICO E EFFETTO COMPTON; DIFFRAZIONE DEGLI ELETTRONI; RELAZIONE DI DE BROGLIE; ESPERIMENTO DI RUTHERFORD E SPETTRI ATOMICI; ESPERIMENTO DI STERN E GERLACH; ONDE E PARTICELLE; ESPERIMENTI DI INTERFERENZA.

RELATIVITÀ RISTRETTA (24 ORE)
TRASFORMAZIONI DI LORENTZ. INTRODUZIONE AI TENSORI. CINEMATICA RELATIVISTICA. DINAMICA RELATIVISTICA. URTI. FORMULAZIONE COVARIANTE DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO. TENSORE CAMPO ELETTROMAGNETICO. INVARIANTI DI LORENTZ E GRUPPO DI LORENTZ.

BASI MATEMATICHE DELLA MECCANICA QUANTISTICA (10 ORE)
PROBABILITÀ E AMPIEZZE DI PROBABILITÀ. PRINCIPIO D’INDETERMINAZIONE. OPERATORI LINEARI. RAPPRESENTAZIONI MATRICIALI. RELAZIONE DI COMPLETEZZA. PRODOTTO DI OPERATORI. CAMBIAMENTI DI BASE E TRASFORMAZIONI UNITARIE. PRODOTTO SCALARE. IL CONCETTO DI MISURA IN MECCANICA QUANTISTICA. MISURE E OSSERVABILI. VALORI DI ASPETTAZIONE DI OSSERVABILI. AUTOVALORI E AUTOVETTORI DI OSSERVABILI. AUTOVETTORI DI OSSERVABILI COME VETTORI DI BASE. OSSERVABILI COMPATIBILI E INCOMPATIBILI. RELAZIONE D’INDETERMINAZIONE. OPERATORE POSIZIONE. OPERATORE QUANTITÀ DI MOTO. REGOLE DI COMMUTAZIONE CANONICHE.

EQUAZIONE DI SCHROEDINGER (8 ORE)
OPERATORE HAMILTONIANO. EVOLUZIONE TEMPORALE DEGLI STATI. DENSITÀ DI CORRENTE ED EQUAZIONE DI CONTINUITÀ. SIMMETRIE E LEGGI DI CONSERVAZIONE. DERIVATA DI UN OPERATORE RISPETTO AL TEMPO. GRANDEZZE CONSERVATIVE. TEOREMA DI EHRENFEST. STATI STAZIONARI. EQUAZIONE DI SCHROEDINGER PER GLI STATI STAZIONARI. PARITÀ. AUTOVALORI ED AUTOSTATI DELL’OPERATORE DI PARITÀ. SIMMETRIA PER INVERSIONE SPAZIALE E CONSERVAZIONE DELLA PARITÀ.

PROBLEMI UNIDIMENSIONALI (12 ORE)
PROPRIETÀ GENERALI DELL’EQUAZIONE DI SCHROEDINGER. BUCA DI POTENZIALE INFINITA E FINITA. GRADINO DI POTENZIALE. COEFFICIENTI DI TRASMISSIONE E RIFLESSIONE. BARRIERA DI POTENZIALE. EFFETTO TUNNEL. POTENZIALI A DELTA. OSCILLATORE ARMONICO. METODO OPERATORIALE DI DIRAC PER LA SOLUZIONE DELL’EQUAZIONE DI SCHROEDINGER DELL’OSCILLATORE ARMONICO.

TEORIA GENERALE DEL MOMENTO ANGOLARE (8 ORE)
SOLUZIONE ANALITICA E SOLUZIONE ALGEBRICA DELL’EQUAZIONE AGLI AUTOVALORI PER L’OPERATORE MOMENTO ANGOLARE. AUTOVALORI ED AUTOVETTORI DELL’OPERATORE MOMENTO ANGOLARE. MOMENTO ANGOLARE ORBITALE E MOMENTO ANGOLARE DI SPIN. COMPOSIZIONE DI MOMENTI ANGOLARI. COEFFICIENTI DI CLEBSCH-GORDAN.

MOTO IN UN CAMPO CENTRALE (10 ORE)
CAMPO COULOMBIANO. ATOMO DI IDROGENO. AUTOVALORI E AUTOFUNZIONI DELLO SPETTRO DISCRETO. CALCOLO VALORI MEDI DI DIVERSE QUANTITÀ FISICHE NEGLI STATI DI UN ATOMO IDROGENOIDE. EQUAZIONE DI SCHRODINGER PER UN ATOMO IDROGENOIDE INPRESENZA DI RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA.

METODI DI APPROSSIMAZIONE (16 ORE)
TEORIA DELLE PERTURBAZIONI DIPENDENTI E INDIPENDENTI DAL TEMPO. CASO NON DEGENERE E CASO DEGENERE. METODO VARIAZIONALE. APPLICAZIONI. CORREZIONI DI STRUTTURA FINE. CORREZIONI RELATIVISTICHE ALL'ENERGIA CINETICA, ACCOPPIAMENTO SPIN-ORBITA E TERMINE DI DARWIN. EFFETTO ZEEMAN. EFFETTO PASCHEN-BACK. EFFETTO STARK LINEARE E QUADRATICO. ASSORBIMENTO ED EMISSIONE DIRADIAZIONE. APPROSSIMAZIONE DI DIPOLO. REGOLE DI SELEZIONE.
MECCANICA QUANTISTICA MODERNA (10 ORE)
PARADOSSO EPR. DISUGUAGLIANZA DI BELL. TEST SPERIMENTALI. TEOREMA DELLA CLONAZIONE. TELETRASPORTO QUANTISTICO. ELEMENTI DI CRITTOGRAFIA QUANTISTICA.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO PREVEDE 108 ORE DI DIDATTICA IN AULA, TRA LEZIONI E ESERCITAZIONI (12 CFU). IN PARTICOLARE, SONO PREVISTE 72 ORE DI LEZIONE (9 CFU) E 36 ORE DI ESERCITAZIONI (3 CFU).
NELLE LEZIONI TEORICHE SONO PRESENTATI GLI ARGOMENTI DEL CORSO SEGUENDO LO SVILUPPO STORICO DELLA DISCIPLINA. NELLE ESERCITAZIONI SONO DISCUSSI PROBLEMI DA RISOLVERE UTILIZZANDO LE TECNICHE PRESENTATE NELLE LEZIONI TEORICHE, A COMPLESSITÀ CRESCENTE. LO SVOLGIMENTO DEL PROBLEMA È GUIDATO DAL DOCENTE E TENDE A SVILUPPARE E RAFFORZARE LE CAPACITÀ DI IDENTIFICARE LE TECNICHE PIÙ IDONEE ALLA SOLUZIONE DELL’ESERCIZIO. LA FREQUENZA DEL CORSO, PUR NON ESSENDO OBBLIGATORIA, È FORTEMENTE CONSIGLIATA, SOPRATTUTTO PER CIÒ CHE CONCERNE LE ESERCITAZIONI.
LO STUDENTE POTRÀ UTILIZZARE LA PIATTAFORMA DI E-LEARNING APPOSITAMENTE REALIZZATA PER SCARICARE MATERIALE DIDATTICO (PROBLEMI E TESTI DI CONSULTAZIONE) E PER INFORMARSI CIRCA GLI ARGOMENTI TRATTATI A LEZIONE.
Verifica dell'apprendimento
IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI DELL’INSEGNAMENTO È CERTIFICATO MEDIANTE IL SUPERAMENTO DI UN ESAME CON VALUTAZIONE IN TRENTESIMI.
L'ESAME PREVEDE LO SVOLGIMENTO DI UNA PROVA SCRITTA ED UNA ORALE, VALUTATE ENTRAMBE IN TRENTESIMI. PER SOSTENERE L’ESAME L'ORALE OCCORRE SUPERARE LA PROVA SCRITTA CON UN VOTO MINIMO DI 18/30. DURANTE LO SVOLGIMENTO DEL CORSO È PREVISTA UNA PROVA SCRITTA PARZIALE, ESONERATIVA DI UNA PARTE DELLA PROVA SCRITTA DI ESAME. LA PROVA PARZIALE IN ITINERE VERTE SOLO SU ARGOMENTI DI RELATIVITÀ ED È VALUTATA IN TRENTESIMI. LA PROVA RICHIEDE LA SOLUZIONE DI DOMANDE A RISPOSTA APERTA E DOMANDE A RISPOSTA MULTIPLA. SE IL PUNTEGGIO SARÀ SUPERIORE O UGUALE A 18/30 LO STUDENTE PUÒ CONSIDERARSI ESONERATO DAL RISOLVERE L'ESERCIZIO DI RELATIVITÀ PRESENTE NELLE PROVE SCRITTE DEGLI ESAMI E NON CONFERIRÀ ALL’ESAME ORALE SU ARGOMENTI DI RELATIVITÀ. IL PUNTEGGIO FINALE ATTRIBUITO ALLA PROVA SCRITTA SARÀ DATO DALLA MEDIA DEI VOTI DELLA PROVA DI ESONERO E DELL’ESERCIZIO DI MECCANICA QUANTISTICA DELLO SCRITTO DI ESAME.
LA PROVA SCRITTA DELL’ESAME, VOLTA A VERIFICARE IL LIVELLO DELLA COMPRENSIONE DEGLI ARGOMENTI TRATTATI NELLE LEZIONI, CONSISTE NELLA SOLUZIONE DI DUE PROBLEMI, UNO DI RELATIVITÀ RISTRETTA E UNO DI MECCANICA QUANTISTICA. IL TEMPO DESTINATO ALLA PROVA È DI NOVANTA MINUTI, SE LO STUDENTE HA SUPERATO LA PROVA DI ESONERO, E DI CENTOVENTI MINUTI, NEGLI ALTRI CASI.
LA VALUTAZIONE DELLE PROVE ORALI TERRÀ CONTO DELLA CAPACITÀ DI INDIVIDUARE LE STRATEGIE PIÙ APPROPRIATE PER ANALIZZARE GLI ARGOMENTI DEL CORSO, DELLA CAPACITÀ DI ESPORRE IN MODO CHIARO E SINTETICO GLI OBIETTIVI, IL PROCEDIMENTO ED I RISULTATI DELLE ELABORAZIONI EFFETTUATE, NONCHÉ DELLA CAPACITÀ DI APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI, ORIENTANDOSI OPPORTUNAMENTE TRA I MATERIALI PROPOSTI.
IL LIVELLO DI VALUTAZIONE MINIMO (18/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA INCERTEZZE NELL’APPLICAZIONE DEI CONCETTI FONDANTI DELLA MECCANICA RELATIVISTICA E DELLA MECCANICA QUANTISTICA, EVIDENZIANDO UNA LIMITATA CONOSCENZA DELLE PRINCIPALI TECNICHE E METODOLOGIE DELLA FISICA MODERNA E UNA SCARSA CAPACITÀ ESPOSITIVA.
IL LIVELLO MASSIMO (30/30) È ATTRIBUITO QUANDO LO STUDENTE DIMOSTRA UNA CONOSCENZA COMPLETA ED APPROFONDITA DEI CONCETTI E DEI METODI DELLA FISICA MODERNA E MOSTRA UNA NOTEVOLE CAPACITÀ DI COLLEGARE ED ESPORRE LE PROPRIETÀ DEI DIVERSI ARGOMENTI.
IL VOTO FINALE, ESPRESSO IN TRENTESIMI CON EVENTUALE LODE, SI OTTIENE COME MEDIA DELLE DUE PROVE, LA SCRITTA E L’ORALE. LA LODE VIENE ATTRIBUITA QUANDO IL CANDIDATO DIMOSTRA SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI ED OPERATIVI E MOSTRA DI SAPER PRESENTARE GLI ARGOMENTI CON NOTEVOLE PROPRIETÀ DI LINGUAGGIO E CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA ANCHE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI DAL DOCENTE.



Testi
TESTI NECESSARI
C. NOCE INTRODUZIONE ALLA FISICA MODERNA ARACNE EDITRICE
C. NOCE MODERN PHYSICS IOP PUBLISHING
R. RESNICK INTRODUZIONE ALLA RELATIVITÀ RISTRETTA CEA AMBROSIANA
W. RINDLER INTRODUCTION TO SPECIAL RELATIVITY CLARENDON
J. D. JACKSON CLASSICAL ELECTRODYNAMICS WILEY & SONS
D. J. GRIFFITHS INTRODUZIONE ALLA MECCANICA QUANTISTICA CEA AMBROSIANA
C. COHEN-TANNOUDJI, B. DIU, F. LALOE QUANTUM MECHANICS I & II WILEY & SONS
R. ROSSETTI ISTITUZIONI DI FISICA TEORICA LEVROTTO E BELLA
C. ROSSETTI ESERCIZI DI MECCANICA QUANTISTICA ELEMENTARE LEVROTTO E BELLA
TESTI DI CONSULTAZIONE E DI APPROFONDIMENTO
D. HALLIDAY, R. RESNIK, J. WALKER FONDAMENTI DI FISICA. FISICA MODERNA ZANICHELLI
P. G. BERGMANN INTRODUCTION TO THE THEORY OF RELATIVITY DOVER
L. LANDAU, E. LIFSHITZ FISICA TEORICA: TEORIA DEI CAMPI EDITORI RIUNITI
L. LANDAU, E. LIFSCHITZ FISICA TEORICA: MECCANICA QUANTISTICA EDITORI RIUNITI
J. J. SAKURAI MECCANICA QUANTISTICA MODERNA ZANICHELLI
P. A. M. DIRAC THE PRINCIPLES OF QUANTUM MECHANICS OXFORD UNIVERSITY PRESS
G. BUSIELLO, C. NOCE PROBLEMI DI FISICA TEORICA PATRON
L. ANGELINI MECCANICA QUANTISTICA: PROBLEMI SCELTI SPRINGER VERLAG
Altre Informazioni
IL DOCENTE PUÒ ESSERE CONTATTATO AI SEGUENTI INDIRIZZI DI POSTA ELETTRONICA: CNOCE@UNISA.IT O CANIO@SA.INFN.IT
SARÀ, INOLTRE, ATTIVO UN MOODLE DEL CORSO RAGGIUNGIBILE ALL’INDIRIZZO:
HTTPS://AD.FISICA.UNISA.IT/LOGIN/INDEX.PHP RISERVATO AGLI STUDENTI ISCRITTI AL CORSO.
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