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STRUTTURA DELLA MATERIA
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
L'obiettivo del corso è quello di fornire una solida preparazione delle conoscenze di base della Fisica Atomica e Molecolare. Per raggiungere tale obiettivo il corso prevede ore frontali teoriche ed esercitazioni per la soluzione numerica di problemi.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
La verifica dei risultati di apprendimento degli studenti è effettuata con esercitazioni durante il corso e con un esame finale che consiste di una prova scritta, volta ad accertare le capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite a problemi numerici, e di una prova orale. Oltre ai principi teorici, sia per gli atomi sia per le molecole, lo studente deve conoscere gli esperimenti e le spettroscopie, principalmente ottiche, necessarie alla verifica sperimentale dei risultati teorici.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Gli studenti devono essere in grado di applicare i principi e i metodi di approssimazione acquisiti al corso di Meccanica Quantistica alla soluzione dei problemi di Fisica Atomica e Molecolare. Devono essere in grado di identificare gli elementi essenziali di un problema fisico semplice e saperlo modellizzare, effettuando le approssimazioni necessarie. Devono inoltre acquisire una capacità di descrivere la stessa grandezza fisica con unità di misura diverse e devono essere in grado di scegliere quella più adatta allo specifico problema studiato. A questo scopo è molto importante che lo studente abbia una estrema competenza delle grandezze fisiche che intervengono nella fisica atomica e del loro valore.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Allo studente è richiesto di sviluppare uno spirito critico e quindi autonomia di giudizio diventando in grado di collegare le conoscenze acquisite in questo specifico corso con quanto appreso ai corsi fondamentali seguiti anche precedentemente in particolare alla Fisica Generale (I e II) e alla Meccanica Quantistica. Inoltre lo studio della Struttura della Materia può aiutare lo studente a sviluppare la capacità di valutare i risultati di un dato esperimento e la sua coerenza rispetto alla teoria. Infine tale corso permette di sviluppare la capacità di studiare lo stesso argomento su testi diversi.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Gli studenti devono acquisire una conoscenza dell'inglese sufficiente per la comprensione di testi scientifici, se necessario anche attraverso la partecipazione a corsi di inglese specifici messi a disposizione dalla Macroarea di Scienze.
Al corso lo studente deve acquisire l'uso di un linguaggio tecnico chiaro con il quale focalizzare l'argomento in discussione in maniera semplice e scientificamente rigorosa.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Il corso mira a favorire lo sviluppo di una capacità di comprensione, di comunicazione e di applicazione di quanto appreso in contesti anche molto diversi . A questo scopo,durante il corso, vengono forniti numerosi esempi di applicazione di quanto studiato anche a campi scientifici molto differenti.
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SGARLATA ANNA
( programma)
Fisica Atomica: Atomi a un elettrone: Correzioni di Struttura Fine e Iperfine. Interazione di atomi idrogenoidi con la radiazione elettromagnetica. Interazione di atomi idrogenoidi con Campi Elettrici e Magnetici esterni. Atomi a due elettroni: stato fondamentale e stati eccitati. Atomi a molti elettroni: approssimazione di Campo Centrale e Metodo di Hartree Fock.
Fisica Molecolare: Approssimazione di Born-Oppenheimer: moti elettronici e nucleari. Spettri Elettronici: Ione idrogeno (LCAO); Molecola H2 (LCAO e VB); Interazione delle configurazioni e termine ionico nell’hamiltoniano; Modello di Huckel; Spettri Molecolari Rotazionali e Vibrazionali. Principio di Frank Condon. Spettroscopia Raman.
 - B.H. Bransden, C.J. Joachain: “Physics of Atoms and Molecules”, Longman (1986)
Atkins, Friedamn “Meccanica Quantistica Molecolare” , Ed. Zanichelli
- A.Balzarotti, M. Cini, M. Fanfoni: “Atomi, Molecole e Solidi” Springer Ed. Esercizi risolti. Collana: ISBN 978-88-470-0270-8
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FIS/03
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40
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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ELEMENTI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso di studio è volto a fornire un primo approccio alla fisica nucleare e subnucleare, che verrà poi ulteriormente sviluppato in sede di Corso Magistrale per gli studenti di indirizzo, ma che sarà ad ogni modo sufficiente per una panoramica generale anche a tutti gli altri studenti che approfondiranno altri argomenti di fisica.
Il corso fornisce infatti una buona conoscenza degli elementi di base della fisica dei nuclei e delle particelle elementari.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Attraverso il corso gli studenti acquisiranno conoscenza dei fondamenti della fisica delle particelle elementari, dalle dimensioni nucleari a quelle subnucleari e particellari. In base alle conoscenze acquisite, gli studenti saranno in grado di comprendere le motivazioni alla base di molti fenomeni fisici del mondo microscopico, dai decadimenti nucleari e particellari, alle interazioni di scattering, alla creazione e scoperta di nuove particelle. Conosceranno le leggi di conservazione che sono alla base di tutti i processi fisici del mondo microscopico e saranno in grado di comprendere i meccanismi delle forze di interazione fondamentali che regolano il mondo della fisica delle particelle elementari.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Gli studenti alla fine del corso saranno in grado di applicare le loro conoscenze e capacità di comprensione in maniera da dimostrare un approccio professionale nel campo della fisica delle particelle, sia in campo nucleare che subnucleare, sia studiata presso acceleratori che con sorgenti naturali (radioattività, raggi cosmici).
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Alla fine del corso gli studenti avranno imparato come il metodo scientifico abbia aiutato nella comprensione del mondo microscopico nel suo sviluppo storico, e di conseguenza avranno imparato ad essere rigorosi nella formulazione di nuove ipotesi e critici nell'analisi dei dati sperimentali.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Gli studenti saranno abituati, durante il corso, ad interagire con il docente e tra di loro. La discussione scientifica è infatti sempre stimolata durante le lezioni, e gli studenti possono proporre temi di discussione oppure presentare loro stessi un argomento di interesse.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Gli studenti avranno acquisito una comprensione della natura e della complessità del mondo microscopico, che sarà loro utile anche se vorranno muoversi in altri campi.
Inoltre saranno in grado di fare ricerche bibliografiche autonome utilizzando libri di settore, e sviluppando anche familiarità con alcune riviste specifiche e con le informazioni disponibili in rete.
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SPARVOLI ROBERTA
( programma)
Cenni storici. La radioattività naturale. Esperimenti di diffusione. Sezioni d’urto. Coefficiente di assorbimento, lunghezza di attenuazione e cammino libero medio. Sezione d’urto totale, elastica, inclusiva ed esclusiva. Luminosità e sezione d’urto per esperimenti con fasci incrociati. Sezioni d’urto differenziali. I modelli atomici e l’esperimento di Rutherford. La sezione d’urto di Rutherford. Il protone e le trasmutazioni nucleari. La scoperta del neutrone. Proprietà generali dei nuclei. Nuclei isotopi, isotoni, isobari. Dimensioni di atomi, nuclei e particelle. Fattori di forma. La dimensione e la forma dei nuclei. Raggio nucleare. Masse dei nuclei. Lo spettrometro di massa; spettrometro tipo Bainbridge. Parità dei nuclei. Momenti Magnetici dei Nucleoni. Il formalismo dello spin isotopico. Energia di legame per nucleone. Formula di Weizsacker. Abbondanza dei Nuclidi. Stabilità. Decadimenti radioattivi. Legge del decadimento radioattivo. Rapporto di diramazione. Il decadimento α; cinematica del decadimento α e cenni alla teoria di Gamow. Il decadimento β e violazione della parità nelle interazioni deboli: l'esperimento di Wu. La cattura elettronica. L’emissione γ. La conversione interna. L’isomerismo. Gli equilibri radioattivi. Le famiglie radioattive. Cinematica relativistica: principio di relatività; quadrivettori e trasformazioni di Lorentz; composizione delle velocità: il quadrivettore energia-impulso; massa invariante; sistemi del laboratorio e del centro di massa; energia di soglia di una reazione; trasformazione degli angoli; decadimento in due corpi. Elementi sulle reazioni nucleari. Bilancio energetico: Q della reazione. Misura di sezione d’urto. Reazioni a stato finale multiplo. Diffusione elastica. Reazioni senza proiettile (decadimento). Cenni a modelli nucleari a Interazione Forte e a Particelle Indipendenti. Potenziali nucleari. Modello a goccia. Modello a gas di Fermi. Numeri magici. Cenni al modello a Shell. Nuclei doppiamente magici. La fissione e la fusione nucleare. Interazione radiazione-materia: diminuzione di intensità e perdita di energia. Interazione delle particelle cariche con la materia: Perdita di energia per ionizzazione, perdita di energia per irraggiamento (Bremsstrahlung). Il range. Il fenomeno dello scattering multiplo. Il fenomeno dello Straggling energetico. Effetto Čerenkov. Interazione della radiazione elettromagnetica: Diffusione Compton, Effetto fotoelettrico, Produzione di coppie. Coefficiente di attenuazione lineare e massico. Cammino libero medio. Elementi sui rivelatori per la fisica nucleare e subnucleare: caratteristiche generali, emulsioni, rivelatori a gas, rivelatori Čerenkov, scintillatori, rivelatori a semiconduttore. Criteri di scelta di un rivelatore.
Elementi di Fisca delle Particelle: spin isotopico, stranezza, ipercarica, G-parità, Parità, Inversione Temporale, Coniugazione di Carica, il teorema CPT, il modello a quark. Quars. Caratteristiche delle particelle. Leptoni, mesoni, barioni. Carica di Colore. Elementi del modello standard delle particelle e teorie di grande unificazione.
B. Pohv, K. Rith, C. Scholz e F. Zetsche, Particelle e Nuclei, (Bollati Boringhieri, 1998) K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics (John Wiley, 1988)
B.R. Martin, Nuclear and Particle Physics (John Wiley, 2006)
E. Segrè, Nuclei e particelle (Zanichelli, 1982)
D. H. Perkins, Introduction to high energy physics (Cambridge Univ. Press, 2000)
R.W. Leo, Techniques for nuclear and particle physics experiments (Springer-Verlag, 1987)
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DI SALVO RACHELE ANNA
( programma)
Cenni storici. La radioattività naturale. Esperimenti di diffusione. Sezioni d’urto. Coefficiente di assorbimento, lunghezza di attenuazione e cammino libero medio. Sezione d’urto totale, elastica, inclusiva ed esclusiva. Luminosità e sezione d’urto per esperimenti con fasci incrociati. Sezioni d’urto differenziali. I modelli atomici e l’esperimento di Rutherford. La sezione d’urto di Rutherford. Il protone e le trasmutazioni nucleari. La scoperta del neutrone. Proprietà generali dei nuclei. Nuclei isotopi, isotoni, isobari. Dimensioni di atomi, nuclei e particelle. Fattori di forma. La dimensione e la forma dei nuclei. Raggio nucleare. Masse dei nuclei. Lo spettrometro di massa; spettrometro tipo Bainbridge. Parità dei nuclei. Momenti Magnetici dei Nucleoni. Il formalismo dello spin isotopico. Energia di legame per nucleone. Formula di Weizsacker. Abbondanza dei Nuclidi. Stabilità. Decadimenti radioattivi. Legge del decadimento radioattivo. Rapporto di diramazione. Il decadimento α; cinematica del decadimento α e cenni alla teoria di Gamow. Il decadimento β e violazione della parità nelle interazioni deboli: l'esperimento di Wu. La cattura elettronica. L’emissione γ. La conversione interna. L’isomerismo. Gli equilibri radioattivi. Le famiglie radioattive. Cinematica relativistica: principio di relatività; quadrivettori e trasformazioni di Lorentz; composizione delle velocità: il quadrivettore energia-impulso; massa invariante; sistemi del laboratorio e del centro di massa; energia di soglia di una reazione; trasformazione degli angoli; decadimento in due corpi. Elementi sulle reazioni nucleari. Bilancio energetico: Q della reazione. Misura di sezione d’urto. Reazioni a stato finale multiplo. Diffusione elastica. Reazioni senza proiettile (decadimento). Cenni a modelli nucleari a Interazione Forte e a Particelle Indipendenti. Potenziali nucleari. Modello a goccia. Modello a gas di Fermi. Numeri magici. Cenni al modello a Shell. Nuclei doppiamente magici. La fissione e la fusione nucleare. Interazione radiazione-materia: diminuzione di intensità e perdita di energia. Interazione delle particelle cariche con la materia: Perdita di energia per ionizzazione, perdita di energia per irraggiamento (Bremsstrahlung). Il range. Il fenomeno dello scattering multiplo. Il fenomeno dello Straggling energetico. Effetto Čerenkov. Interazione della radiazione elettromagnetica: Diffusione Compton, Effetto fotoelettrico, Produzione di coppie. Coefficiente di attenuazione lineare e massico. Cammino libero medio. Elementi sui rivelatori per la fisica nucleare e subnucleare: caratteristiche generali, emulsioni, rivelatori a gas, rivelatori Čerenkov, scintillatori, rivelatori a semiconduttore. Criteri di scelta di un rivelatore.
Elementi di Fisca delle Particelle: spin isotopico, stranezza, ipercarica, G-parità, Parità, Inversione Temporale, Coniugazione di Carica, il teorema CPT, il modello a quark. Quars. Caratteristiche delle particelle. Leptoni, mesoni, barioni. Carica di Colore. Elementi del modello standard delle particelle e teorie di grande unificazione.
B. Pohv, K. Rith, C. Scholz e F. Zetsche, Particelle e Nuclei, (Bollati Boringhieri, 1998) K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics (John Wiley, 1988)
B.R. Martin, Nuclear and Particle Physics (John Wiley, 2006)
E. Segrè, Nuclei e particelle (Zanichelli, 1982)
D. H. Perkins, Introduction to high energy physics (Cambridge Univ. Press, 2000)
R.W. Leo, Techniques for nuclear and particle physics experiments (Springer-Verlag, 1987)
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FIS/04
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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MECCANICA STATISTICA
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI: L'insegnamento si articola su lezioni frontali ed esercitazioni e si propone di fornire agli studenti una solida preparazione di base sulle nozioni fondamentali della meccanica statistica e applicazioni principali dei suoi metodi di indagine in vari campi di studi.
CONOSCENZA E CAPACITA DI COMPENSIONE: Gli studenti devono acquisire la conoscenza della meccanica statistica e delle sue applicazioni. La verifica dei risultati di apprendimento degli studenti è effettuata con prove scritte sia durante il corso che alla fine del corso, volte ad accertare le capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite, e con un esame orale finale.
CAPACITA DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: Gli studenti devono possedere familiarità con il metodo scientifico di indagine ed essere in grado di applicarlo nella rappresentazione e/o modellizzazione della realtà fisica. Devono essere capaci di applicare metodi e procedure descritte a lezione dimostrando un approccio professionale al loro lavoro, e devono possedere competenze adeguate sia per sostenere argomentazioni teoriche che per risolvere problemi nel campo della meccanica statistica. Devono essere in grado di identificare gli elementi essenziali di un problema di meccanica statistica, sapendoli inquadrare effettuando le approssimazioni necessarie.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO: Gli studenti devono essere in grado di analizzare criticamente i risultati. Inoltre, devono essere in grado di utilizzare libri di contenuto tecnico e devono essere in grado di utilizzare gli archivi elettronici disponibili sul WEB per una eventuale ricerca di supporto, operando la necessaria selezione dell'informazione disponibile. Devono infine saper motivare gli strumenti utilizzati e le descrizioni svolte, valutando la correttezza, coerenza, completezza ed efficacia degli argomenti trattati.
ABILITA COMUNICATIVE: Gli studenti devono essere in grado di presentare i loro risultati in modo sintetico ed analitico, evidenziando i punti rilevanti ed essenziali, fornendo esempi, ed utilizzando un competente linguaggio tecnico. A tal fine e' importante avere una conoscenza dell'inglese sufficiente per la comprensione di testi scientifici, attraverso la partecipazione a corsi di inglese specifici per la Macroarea di Scienze.
CAPACITA DI APPRENDERE: Gli studenti devono acquisire una comprensione della meccanica statistica e di come questa sia applicabile a vari campi di studio. Questo avverrà attraverso la lettura e comprensione di descrizioni tecniche, selezionando e correlando vari argomenti e ponendosi le giuste domande. In questo modo saranno in grado di affrontare nuovi campi attraverso uno studio autonomo.
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SBRAGAGLIA MAURO
( programma)
Spazio delle fasi, teorema di Liouville. Ensemble microcanonico. Paradosso di Gibbs. Ensemble canonico. Ensemble grancanonico: gas di fotoni e formula di Planck. Condensazione di Bose- Einstein. Gas di fermioni: degenerazioni di Fermi-Dirac. Applicazioni: gas di elettroni in un metallo, vibrazioni dei reticoli cristallini e fononi, calori specifici dei solidi.
1) L.D. Landau, "Fisica Statistica"
2) Pathria, "Statistical Mechanics"
3) K.Huang, "Statistical mechanics"
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BUZZICOTTI MICHELE
( programma)
Spazio delle fasi, teorema di Liouville. Ensemble microcanonico. Paradosso di Gibbs. Ensemble canonico. Ensemble grancanonico: gas di fotoni e formula di Planck. Condensazione di Bose- Einstein. Gas di fermioni: degenerazioni di Fermi-Dirac. Applicazioni: gas di elettroni in un metallo, vibrazioni dei reticoli cristallini e fononi, calori specifici dei solidi.
1) L.D. Landau, "Fisica Statistica"
2) Pathria, "Statistical Mechanics"
3) K.Huang, "Statistical mechanics"
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FIS/02
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Attività formative caratterizzanti
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