Corso di fisica moderna

Lezione 1 • Quantizzazione dell'energia

Presenta l'ipotesi quantistica di Planck e il modello fotonico di Einstein. Colma il divario tra la teoria ondulatoria classica e i pacchetti discreti di energia.

Lezione 2 • Fondamenti della relatività ristretta

Introduce i due postulati di Einstein e le loro conseguenze logiche. Si collega alla meccanica classica mostrando dove essa rimane valida a basse velocità.

Lezione 3 • Limiti della meccanica classica

Identifica i punti in cui la meccanica newtoniana e l'elettromagnetismo di Maxwell falliscono. Prepara il terreno per comprendere perché fosse necessaria una nuova fisica.

Lezione 1 • Funzioni d'onda e probabilità

Definisce la funzione d'onda come il descrittore quantistico fondamentale. Stabilisce l'interpretazione probabilistica di Born e i requisiti di normalizzazione.

Lezione 2 • L'equazione di Schrödinger

Deriva le equazioni di Schrödinger dipendente dal tempo e indipendente dal tempo. Collega la quantizzazione dell'energia alle condizioni al contorno sulle funzioni d'onda.

Lezione 3 • Sistemi quantistici semplici

Risolve modelli esattamente risolvibili per costruire l'intuizione fisica. I risultati di questi modelli sono alla base di sistemi atomici e molecolari più complessi.

Lezione 4 • Notazione di Dirac e formalismo

Introduce la notazione bra-ket come linguaggio quantistico compatto e generale. Prepara gli studenti ai trattamenti avanzati dello spin e dei sistemi a molte particelle.

Lezione 1 • Momento angolare in meccanica quantistica

Deriva la quantizzazione del momento angolare orbitale dalle relazioni di commutazione. Stabilisce i numeri quantici l e m come etichette per gli stati di momento angolare.

Lezione 2 • Spin dell'elettrone

Introduce lo spin intrinseco come proprietà puramente quantomeccanica. Estende l'insieme dei numeri quantici per includere lo spin e spiega l'esperimento di Stern-Gerlach.

Lezione 3 • L'atomo di idrogeno

Risolve esattamente il problema del potenziale di Coulomb usando coordinate sferiche. Produce l'insieme completo delle funzioni d'onda e dei livelli energetici dell'idrogeno.

Lezione 4 • Equazione di Schrödinger in 3D

Generalizza l'equazione di Schrödinger a tre dimensioni spaziali. Introduce la separazione delle variabili come strategia risolutiva principale.

Lezione 1 • Fondamenti del legame molecolare

Descrive il legame covalente attraverso la sovrapposizione quantomeccanica degli orbitali atomici. Introduce l'approssimazione di Born-Oppenheimer per separare il moto nucleare da quello elettronico.

Lezione 2 • Teoria delle perturbazioni

Introduce la teoria delle perturbazioni indipendente dal tempo come strumento per i sistemi reali. Applica le correzioni ai livelli energetici dell'idrogeno dovute a piccole interazioni aggiuntive.

Lezione 3 • Spettri molecolari

Analizza i livelli energetici rotazionali e vibrazionali delle molecole biatomiche. Collega i numeri quantici molecolari alla spettroscopia infrarossa e a microonde.

Lezione 1 • Condensazione di Bose-Einstein

Descrive l'occupazione macroscopica dello stato fondamentale nei sistemi bosonici. Collega le previsioni teoriche alle osservazioni sperimentali nei gas ultrafreddi.

Lezione 2 • Modello dell'elettrone libero per i metalli

Applica la statistica di Fermi-Dirac agli elettroni di conduzione nei metalli. Spiega la capacità termica, la conducibilità elettrica e il concetto di energia di Fermi.

Lezione 3 • Richiami di meccanica statistica classica

Rivisita la statistica di Maxwell-Boltzmann come limite classico. Stabilisce le funzioni di partizione e l'energia libera come ponti tra le descrizioni microscopiche e macroscopiche.

Lezione 4 • Radiazione di corpo nero rivisitata

Deriva la distribuzione di Planck usando la statistica dei fotoni come bosoni privi di massa. Recupera la legge di Wien e la legge di Stefan-Boltzmann dal trattamento quantistico completo.

Lezione 1 • Fisica dei semiconduttori

Analizza i semiconduttori intrinseci ed estrinseci usando la teoria delle bande. Spiega la concentrazione dei portatori, il drogaggio e la giunzione p-n a livello quantistico.

Lezione 2 • Elettroni in potenziali periodici

Applica il teorema di Bloch agli elettroni in un reticolo cristallino. Deriva le bande di energia e le bande proibite dal potenziale periodico.

Lezione 3 • Struttura cristallina e reticoli

Introduce i reticoli di Bravais, le celle unitarie e lo spazio reciproco. Fornisce la base geometrica per tutti i successivi calcoli della struttura a bande.

Lezione 4 • Fondamenti di superconduttività

Introduce la fenomenologia della superconduttività e la formazione delle coppie di Cooper. Tratta l'effetto Meissner e la teoria BCS a livello concettuale.

Lezione 1 • Decadimento radioattivo

Analizza il decadimento alfa, beta e gamma usando l'effetto tunnel quantistico e le regole di selezione. Deriva le leggi del decadimento e le applica ai calcoli del tempo di dimezzamento.

Lezione 2 • Reazioni nucleari e fissione

Tratta i calcoli del valore Q e le sezioni d'urto per le reazioni nucleari. Spiega le reazioni a catena di fissione e la fisica del rilascio di energia nucleare.

Lezione 3 • Particelle elementari e forze

Classifica quark, leptoni e bosoni di gauge all'interno del Modello Standard. Descrive le quattro forze fondamentali e le loro particelle mediatrici.

Lezione 4 • Struttura nucleare

Descrive il nucleo in termini di protoni, neutroni ed energia di legame. Introduce il modello a goccia liquida e il modello a shell come descrizioni complementari.

Lezione 1 • Concetti di rinormalizzazione

Spiega le divergenze ultraviolette e la procedura di rinormalizzazione a livello concettuale. Introduce le costanti di accoppiamento running e l'idea del gruppo di rinormalizzazione.

Lezione 2 • Panoramica dell'elettrodinamica quantistica

Introduce la QED come la teoria quantistica dei campi di elettroni e fotoni. Spiega l'invarianza di gauge e l'accoppiamento minimo della materia al campo elettromagnetico.

Lezione 3 • Richiami di teoria classica dei campi

Riformula la meccanica classica in termini di campi usando il formalismo lagrangiano. Stabilisce il teorema di Noether come collegamento tra simmetrie e leggi di conservazione.

Lezione 4 • Quantizzazione del campo scalare

Promuove il campo scalare classico a operatore quantistico usando la quantizzazione canonica. Introduce gli operatori di creazione e distruzione e lo spazio di Fock degli stati di particella.