ID:
74537
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
FISICA SPERIMENTALE
Url:
MATEMATICA/Percorso Comune Anno: 1
MATEMATICA/Percorso Comune Anno: 1
PHYSICS/PERCORSO COMUNE Anno: 1
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (23/02/2026 - 05/06/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il nome della fisica moderna è attribuito alla rivoluzione scientifica che inizia alla fine del XIX secolo e fu completata all'inizio del XX secolo.
Il corso di laboratorio di Fisica moderna si concentra su questa rivoluzione, che si occupa delle teorie della quantizzazione: la carica elementare quantizzata, la quantizzazione dell'interazione tra elettroni e materia, la quantizzazione dell'energia della luce, la quantizzazione del momento angolare e la dualità della descrizione onda-corpuscolare.
Il corso è in realtà una sequenza di esperimenti progettati per studiare le proprietà di elettroni, fotoni, interazioni elettrone-fotone, atomi e interazioni elettrone-materia.
Le domande fondamentali, affrontate tra la fine del 1800 e l'inizio del 1900, cambiarono il paradigma della scienza della fisica classica verso la formulazione della fisica quantistica.
Durante questo corso, ci saranno molte opportunità di eseguire esperimenti fondamentali e determinanti e acquisire esperienza con una varietà di tecniche sperimentali. Lo studente eseguirà l'analisi e la descrizione dei dati sperimentali, sintetizzati in relazioni di laboratorio sul lavoro sperimentale svolto.
Il corso di laboratorio di Fisica moderna si concentra su questa rivoluzione, che si occupa delle teorie della quantizzazione: la carica elementare quantizzata, la quantizzazione dell'interazione tra elettroni e materia, la quantizzazione dell'energia della luce, la quantizzazione del momento angolare e la dualità della descrizione onda-corpuscolare.
Il corso è in realtà una sequenza di esperimenti progettati per studiare le proprietà di elettroni, fotoni, interazioni elettrone-fotone, atomi e interazioni elettrone-materia.
Le domande fondamentali, affrontate tra la fine del 1800 e l'inizio del 1900, cambiarono il paradigma della scienza della fisica classica verso la formulazione della fisica quantistica.
Durante questo corso, ci saranno molte opportunità di eseguire esperimenti fondamentali e determinanti e acquisire esperienza con una varietà di tecniche sperimentali. Lo studente eseguirà l'analisi e la descrizione dei dati sperimentali, sintetizzati in relazioni di laboratorio sul lavoro sperimentale svolto.
Prerequisiti
Statistica, calcolo differenziale e integrale, fisica classica e moderna.
Metodi didattici
Le lezioni, per qualsiasi situazione sperimentale da affrontare, sono basate su descrizioni teoriche o richiami, mettendo in risalto la crisi della fisica classica.
Le attività di laboratorio, che includono anche una descrizione degli strumenti e delle tecniche utilizzate, saranno decisive per confutazione o la verifica di modelli.
Le sessioni di laboratorio includono l’analisi dei dati e la preparazione di relazioni nella forma di una pubblicazione scientifica.
Le attività di laboratorio, che includono anche una descrizione degli strumenti e delle tecniche utilizzate, saranno decisive per confutazione o la verifica di modelli.
Le sessioni di laboratorio includono l’analisi dei dati e la preparazione di relazioni nella forma di una pubblicazione scientifica.
Verifica Apprendimento
La preparazione degli studenti sarà verificata con due relazioni di laboratorio da inviare al docente.
Una su un’esperienza a sua scelta, tra quelle affrontate durante il corso, per la quale si chiede di presentare una relazione ben struttura in forma di articolo scientifico, che inquadri scientificamente l’attività, l’interesse della misura, e quindi come è stata condotta, l’analisi dei dati, risultati e conclusioni.
L’altra su un’esperienza estratta a sorte, per la quale si richieste solo la parte di descrizione sintetica dell’attività, l’analisi dei dati e i risultati ottenuti.
Ulteriori chiarimenti e approfondimenti sulle relazioni fornite saranno richiesti in fase di orale, che verterà su argomenti relativi alle due suddette esperienze.
Una su un’esperienza a sua scelta, tra quelle affrontate durante il corso, per la quale si chiede di presentare una relazione ben struttura in forma di articolo scientifico, che inquadri scientificamente l’attività, l’interesse della misura, e quindi come è stata condotta, l’analisi dei dati, risultati e conclusioni.
L’altra su un’esperienza estratta a sorte, per la quale si richieste solo la parte di descrizione sintetica dell’attività, l’analisi dei dati e i risultati ottenuti.
Ulteriori chiarimenti e approfondimenti sulle relazioni fornite saranno richiesti in fase di orale, che verterà su argomenti relativi alle due suddette esperienze.
Testi
• Alonso-Finn Fundamental Physics University Physics III Quantum and statistical Physics (Addison-Wesley 1968 USA)
• M. Born Atomic Physics (Dover Publication Inc., 1989, New York).
• A. C. Melissinos, J. Napolitano Experiments in Modern Physics (Academic Press, 2003, San Diego USA)
• A. Rotondi, P. Pedroni, A. Pievatolo Probabilità, Statistica e Simulazione (Springer-Verlag, 2012, Milano) or F. James Statistical Methods in Experimental Physics (World Scientific, 2006, Singapore)
• S. Tolanski Introduction to atomic physics (Longmans Londra 1963).
• Manuals of the experimental apparatuses and experiment descriptions provided by the teacher.
• M. Born Atomic Physics (Dover Publication Inc., 1989, New York).
• A. C. Melissinos, J. Napolitano Experiments in Modern Physics (Academic Press, 2003, San Diego USA)
• A. Rotondi, P. Pedroni, A. Pievatolo Probabilità, Statistica e Simulazione (Springer-Verlag, 2012, Milano) or F. James Statistical Methods in Experimental Physics (World Scientific, 2006, Singapore)
• S. Tolanski Introduction to atomic physics (Longmans Londra 1963).
• Manuals of the experimental apparatuses and experiment descriptions provided by the teacher.
Contenuti
Il corso può essere presentato nelle seguenti sezioni, ma molti esperimenti possono essere interpretati da modelli e teorie che coprono trasversalmente le diverse sezioni e alcuni esperimenti contengono anche argomenti o risultati trasversali.
Particelle elementari (10 h)
• La scarica nei gas e l'evidenza e il comportamento di particelle cariche positive e negative.
• Spettrometria di massa e rapporto e/m della particella elementare carica.
• L'esperimento di Millikan e la sua correzione empirica alla legge di Stokes.
• Elettroni nei solidi, nei metalli, nei semiconduttori e l’effetto Hall.
La nascita della fisica quantistica (10 h)
• Teoria del calore specifico e comportamento del corpo nero: la descrizione di Planck.
• Effetto fotoelettrico e conferma del concetto e del valore della costante di Planck.
• L'effetto termoionico e l'energia degli elettroni emessi, l'effetto Schottky.
• Foto-elettricità: esperimento di Lenard sulla fotoemissione dai metalli, gli esperimenti di Millikan sulla velocità delle particelle foto-emesse, la teoria foto-elettrica, l'effetto superficiale sulla foto-emissione. L'effetto foto-elettrico nei metalloidi. Foto-conduttività e foto-emissività.
• Elettroni nei superconduttori.
Spettri atomici (10 h)
• Lo spettro dell'idrogeno, la costante di Rydberg e il raggio di Bohr.
• Gli spettri del sodio e del mercurio: regole di selezione e struttura fine, accoppiamento elettrone-elettrone.
• Gli effetti Zeeman: modello atomico di Bohr, quantizzazione dei livelli di energia, rotazione dell'elettrone, magnetone di Bohr.
• Esperimenti di risonanza magnetica: risonanza di spin elettronico e misure del fattore g.
Raggi X e loro proprietà (12 h)
• La struttura fine degli atomi osservata negli spettri a raggi X.
• La linea K e la relazione con il numero N negli atomi: legge di Moseley.
• Spettri a raggi X.
• Assorbimento di raggi X.
• L'effetto Compton (il comportamento corpuscolare dei raggi X)
• Diffrazione, riflessione e interferenza dei raggi X (il comportamento ondulatorio dei raggi X)
• Struttura cristallina. L'interpretazione di Laue della diffrazione dai centri di diffusione. L'interpretazione di Bragg della riflessione dei raggi X dal piano cristallino. Analisi di Fourier di spettri a raggi X.
Meccanica ondulatoria (6 h)
• Lunghezza d'onda degli elettroni.
• La dispersione di elettroni nel gas. La diffusione anelastica tra elettroni e atomi. L'energia cinetica degli elettroni, una proprietà corpuscolare, viene assorbita in modo quantizzato dagli atomi: esperimento di Frank-Hertz su Neon e mercurio.
Radioattività e scattering (6 h)
• La radioattività: beta, alfa e gamma. I diversi spettri energetici e la "motivazione" obbligatoria del neutrino per la spiegazione del decadimento beta.
• La particella alfa come strumento per l'indagine del modello atomico: l'esperimento di Rutherford.
Particelle elementari (10 h)
• La scarica nei gas e l'evidenza e il comportamento di particelle cariche positive e negative.
• Spettrometria di massa e rapporto e/m della particella elementare carica.
• L'esperimento di Millikan e la sua correzione empirica alla legge di Stokes.
• Elettroni nei solidi, nei metalli, nei semiconduttori e l’effetto Hall.
La nascita della fisica quantistica (10 h)
• Teoria del calore specifico e comportamento del corpo nero: la descrizione di Planck.
• Effetto fotoelettrico e conferma del concetto e del valore della costante di Planck.
• L'effetto termoionico e l'energia degli elettroni emessi, l'effetto Schottky.
• Foto-elettricità: esperimento di Lenard sulla fotoemissione dai metalli, gli esperimenti di Millikan sulla velocità delle particelle foto-emesse, la teoria foto-elettrica, l'effetto superficiale sulla foto-emissione. L'effetto foto-elettrico nei metalloidi. Foto-conduttività e foto-emissività.
• Elettroni nei superconduttori.
Spettri atomici (10 h)
• Lo spettro dell'idrogeno, la costante di Rydberg e il raggio di Bohr.
• Gli spettri del sodio e del mercurio: regole di selezione e struttura fine, accoppiamento elettrone-elettrone.
• Gli effetti Zeeman: modello atomico di Bohr, quantizzazione dei livelli di energia, rotazione dell'elettrone, magnetone di Bohr.
• Esperimenti di risonanza magnetica: risonanza di spin elettronico e misure del fattore g.
Raggi X e loro proprietà (12 h)
• La struttura fine degli atomi osservata negli spettri a raggi X.
• La linea K e la relazione con il numero N negli atomi: legge di Moseley.
• Spettri a raggi X.
• Assorbimento di raggi X.
• L'effetto Compton (il comportamento corpuscolare dei raggi X)
• Diffrazione, riflessione e interferenza dei raggi X (il comportamento ondulatorio dei raggi X)
• Struttura cristallina. L'interpretazione di Laue della diffrazione dai centri di diffusione. L'interpretazione di Bragg della riflessione dei raggi X dal piano cristallino. Analisi di Fourier di spettri a raggi X.
Meccanica ondulatoria (6 h)
• Lunghezza d'onda degli elettroni.
• La dispersione di elettroni nel gas. La diffusione anelastica tra elettroni e atomi. L'energia cinetica degli elettroni, una proprietà corpuscolare, viene assorbita in modo quantizzato dagli atomi: esperimento di Frank-Hertz su Neon e mercurio.
Radioattività e scattering (6 h)
• La radioattività: beta, alfa e gamma. I diversi spettri energetici e la "motivazione" obbligatoria del neutrino per la spiegazione del decadimento beta.
• La particella alfa come strumento per l'indagine del modello atomico: l'esperimento di Rutherford.
Lingua Insegnamento
INGLESE
Corsi
Corsi (3)
MATEMATICA
Laurea Magistrale
2 anni
MATEMATICA
Laurea Magistrale
2 anni
PHYSICS
Laurea Magistrale
2 anni
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