Fisica Atomica:
Esperimenti di inizio novecento: richiamo su Rutherford, Compton, Millikan,
Davisson–Germer, Stern-Gerlach, enfasi su Frank-Hertz ed Effetto Fotoelettrico. Spettri di emissione di
lampade ad incandescenza e a gas. Unità di misura SI vs atomiche. Osservazioni
di Rydberg, atomo di Bohr. Atomo di
Idrogeno: Equazione di Shroedinger, autovalori, autofunzioni, simmetrie e degenerazione.
Struttura fine: trattamento perturbativo e rimozione delle degenerazioni. Interazione radiazione materia:
Lagrangiana, Hamiltoniana, ordine più basso, trattamento perturbativo
dipendente dal tempo. Approssimazione di dipolo. Assorbimento ed emissione
stimolata. Emissione spontanea, coefficienti di Einstein e giustificazione da seconda
quantizzazione. Polarizzazione della luce e regole di selezione, combinazione
dei momenti angolari. Idrogenoidi in
campi esterni: campo elettrico statico, rimozione di metastabilità del 2s, campo
magnetico statico e diversi regimi rispetto a intensità spin-orbita (campo
forte, Paschen-Bach, Zeeman anomalo), regole di selezione. Atomi a più elettroni: screening e approccio alla Hartree, trend
delle energie di ionizzazione successive, simmetrizzazione mediante
determinante di Slater, alcalini, Z efficace. Riempimento di orbitali,
accoppiamento dei momenti angolari L-S e jj, regole di selezione. Configurazioni
e termini atomici, degenerazione, regole di Hund, elettroni equivalenti e non. Atomi a due elettroni: struttura dei
livelli ed eccitazione in assenza di interazione e-e. Simmetria della funzione
d’onda, interazione di scambio e rimozione della degenerazione in l. Ortoelio e
paraelio, calcoli perturbativo e variazionale.
Fisica Molecolare:
Problema generale di Shroedinger per una molecola. Separazione dinamica elettronica e atomica,
approssimazione di Born-Oppenheimer. Molecole
biatomiche: Momento angolare elettronico (e sua proiezione assiale),
nucleare e totale, “buoni” numeri quantici. Hamiltoniana dei nuclei: distorsione
centrifuga, accoppiamento roto-vibrazionale, anarmonicità, dissociazione. Regole
di selezione per transizioni roto-vibrazionali ed elettroniche di molecole
omonucleari e non. Principio di Frank-Condon, verticalità e transizioni più
probabili. Crossing di stati elettronici, dinamica non adiabatica. Hamiltoniana
elettronica: Ione idrogeno molecolare. Casi a più elettroni, orbitali
molecolari LCAO e loro riempimento. Simmetrie e termini molecolari. Degenerazione,
stati elettronici di idrogeno molecolare e alkalini. Configurazioni
elettroniche e termini molecolari. Dimero eteronucleare e natura ionico vs
covalente del legame. Trimero omonucleare lineare e triangolare. Effetto Raman: rotazionale e
vibrazionale, regole di selezione e confronto con l’assorbimento. Molecole poliatomiche: simmetrie, equipartizione,
calore specifico. Ibridizzazione e lone pair.
Introduzione alla fisica dei solidi:
Dal polimero ai solidi. Catena lineare, limite di N grande, tight binding, comparsa di bande di energia e zone di Brillouin, dipendenza delle bande dal tipo di orbitale e dal passo reticolare, casi di più orbitali o più atomi per sito. Apertura delle gap da considerazioni di scattering Bragg. Energia di Fermi, riempimento delle bande, “superfici” di Fermi nei casi 1D, 2D e 3D, carattere metallico e isolante. Forma delle bande e conducibilità elettrica, massa efficace, riflettività dei metalli. Connessione tra componenti di Fourier del potenziale periodico e larghezza delle gap. Elettrone libero, modello di Drude e sue limitazioni (calore specifico, libero cammino medio, conducibilità elettrica). Modello di Sommerfeld, densità di stati in 1D e 3D, statistica di Fermi, calore specifico elettronico.
