Insegnamento FISICA ATOMICA

Nome del corso di laurea	Fisica
Codice insegnamento	GP005935
Curriculum	Fisica della materia
Docente responsabile	Fernando Pirani
Docenti	Fernando Pirani
Ore	42 Ore - Fernando Pirani
CFU	6
Regolamento	Coorte 2018
Erogato	Erogato nel 2018/19
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	CHIM/03
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Opzionale (Optional)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	Italiano
Contenuti	Atomi in campi esterni. Struttura iperfine. Selezione di stato. Potenziale d?interazione. Fasci atomici, molecolari e tecniche sperimentali. Collisioni in meccanica classica. Sezioni d?urto. Trattazione semiclassica. Effetti quantomeccanici nelle collisioni. Collisioni tra particelle identiche. Fasci polarizzati
Testi di riferimento	Dispense distribuite dal docente.
Obiettivi formativi	Gli studenti che hanno frequentato il corso 1) conoscono il comportamento di atomi in campi esterni sia magnetici che elettrici; 2) sanno descrivere il cambio negli schemi di accoppiamento dei momenti angolari elettronici e nucleari al variare dell’intensità del campo applicato; 3) conoscono la tecnica dei fasci molecolari e le sue numerose applicazioni nel campo della fisica Atomica; 4) conoscono la metodologia per realizzare esperimenti collisionali ad alta risoluzione tra atomi e molecole allo scopo di misurare effetti di interferenza quanto-meccanici nei singoli eventi di collisione, che sono importanti per ottenere dettagliate informazioni sia sulla dinamica di collisione che sulle forze intermolecolari in gioco; 5) conoscono le differenze tra collisioni di particelle differenti e di particelle identiche; 6) conoscono gli aspetti generali della tecnologia del vuoto e delle sue applicazioni in vari campi.
Prerequisiti	Al fine di comprendere e saper affrontare ed approfondire le tematiche trattate nel corso, lo studente dovrebbe conoscere alcuni principi base della meccanica quantistica. Questa conoscenza è ritenuta utile per poter apprezzare in pieno tutte le applicazioni presentate.
Metodi didattici	Il corso è organizzato nel seguente modo: -lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti trattati; -ogni lezione è preceduta da una breve sentesi e puntualizzazione sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti; -spesso le lezione vengono integrate con lo svolgimento e discussione di esercizi illustrativi; -le ultime due/tre lezioni sono dedicate alla presentazione ed uso della tecnologia del vuoto.
Altre informazioni	Nessuna
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede soltanto la prova orale finale che consiste in una discussione/colloquio sugli argomenti trattati durante il corso. In particolare, verranno poste domande di carattere generale le cui risposte consentiranno di verificare con precisione la capacità che ha lo studente di comunicare quanto acquisito con metodo, proprietà di linguaggio, e soprattutto la sua capacità di sintesi e di collegamento tra vari argomenti trattati. L’esame dura il tempo necessario a verificare quanto sopra. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso	Introduzione generale ai contenuti del corso: livelli di struttura fine negli atomi e fattore di Landé. Atomo in un campo esterno: effetto Zeeman ed effetto Paschen Back in un campo magnetico, effetto Stark in un campo elettrico; accoppiamento e disaccoppiamento dei momenti angolari elettronici in un campo magnetico esterno. Struttura iperfine nei livelli atomici: spin nucleare e accoppiamento tra momenti angolari elettronici e nucleari. Selezione di stato con campi magnetici disomogenei: richiami sull'esperimento di Stern-Gerlach; proprietà generali dei selettori magnetici di Rabi e di Rabi-Millan-Zacharias; metodo in trasmissione e metodo in deflessione. Comportamento di atomi con struttura iperfine in un campo magnetico esterno: trattazione completa del caso J = ½ ed I qualunque; energie Zeeman e momenti magnetici in funzione del campo magnetico applicato; casi limite di accoppiamento dei momenti angolari. Natura e proprietà del potenziale di interazione intermolecolare: sistemi a guscio chiuso e sistemi anisotropi; disaccoppiamento dei momenti angolari atomici nel campo elettrico interatomico o intermolecolare: potenziali adiabatici di interazione e diagrammi di correlazione tra stati atomici e stati molecolari. Introduzione alle tecniche sperimentali per lo studio di proprietà collisionali: produzione e controllo delle condizioni di vuoto, produzione e rivelazione in fase gassosa di fasci atomici e molecolari. Fasci atomici e fasci molecolari: fasci effusivi e distribuzione in velocità; fasci supersonici e termodinamica del processo di espansione, numero di Mach, velocità di flusso e distribuzione delle velocità; fasci seminati e loro applicazioni; effetti di rilassamento ed allineamento dei momenti angolari nella formazione ed espansione dei fasci seminati. Alcune applicazioni dei fasci: cenno allo studio dei "clusters", rallentamento e confinamento di atomi con l'uso combinato di fasci "Laser" e fasci atomici. Collisioni in meccanica classica: sistemi di riferimento nel laboratorio e nel centro di massa; diagrammi di Newton; collisioni ed osservabili sperimentali: sezione d'urto differenziale e totale; trattazione classica di processo collisionale da campo centrale: relazione tra potenziale di interazione e angolo di deflessione. Sezioni d'urto: sezioni d'urto in meccanica classica e singolarità nel loro comportamento; richiami della trattazione quantistica del processo collisionale; onde parziali, ruolo e proprietà dello sfasamento della singola onda. Trattazione semiclassica del processo collisionale: relazione tra sfasamento e traiettoria; sfasamento definito secondo varie approssimazioni (Jeffreys, Wentzel, Kramers, Brillouin (JWKB) e Jeffreys, Born (J B)); definizione di sezione d'urto nell'approssimazione semiclassica. Natura e proprietà degli effetti di interferenza quantomeccanica nelle collisioni: fenomeni di diffrazione, arcobaleno ed aureola e loro dipendenza dal potenziale di interazione; scelta delle condizioni sperimentali per la misura di effetti di interferenza nelle collisioni: esempi di risultati sperimentali e discussione. Collisioni tra particelle identiche: restrizioni imposte dalla simmetria del problema e oscillazioni di simmetria; effetti di risonanza dovuti al fenomeno della particella orbitante. Collisioni da potenziale anisotropo: schemi approssimati di trattazione, esempi e loro discussione; importanza dell'uso di fasci atomici e fasci molecolari polarizzati nello studio delle proprietà delle sezioni d’urto e della dinamica collisionale da potenziale anisotropo; parallelismo tra rotazione molecolare e collisione.