• diario delle lezioni del prof. Dalfovo

Modalità didattica
Le lezioni del corso si tengono in presenza, il lunedì dalle 13.30 alle 15.30, il mercoledì dalle 8.30 alle 10.30 e il giovedì dalle 10.30 alle 12.30. Gli studenti che per qualche ragione non possono seguire le lezioni in aula possono trovare nella piattaforma Moodle del corso le registrazioni delle lezioni tenute nel 2021 e dedicate agli stessi argomenti.

Articolazione del corso
Il corso è articolato su circa 84 ore di lezione. Di queste, 54 sono tenute dal prof. Dalfovo, che introduce l'elettrodinamica ed espone la nascita della meccanica quantistica, mentre 30 sono tenute dal prof. Perego che presenta la relatività ristretta e la formulazione relativistica dell'elettrodinamica. Il prof. Perego propone anche una serie di esercizi allo scopo di dare concretezza ai contenuti teorici esposti nel corso.

Le prime settimane saranno dedicate a lezioni del prof. Dalfovo. Da un certo punto in poi si inseriranno le lezioni del prof. Perego che si alterneranno con quelle del prof. Dalfovo sempre nello stesso orario di lezione. La distribuzione delle ore tra i due docenti viene fornita in anticipo nei materiali in Moodle e aggiornata mano a mano in caso di variazioni.

Contenuti
Si comincia dalle equazioni di Maxwell per approfondire l'elettrodinamica con il teorema di Poynting, il tensore degli sforzi di Maxwell, le onde elettromagnetiche nel vuoto e nella materia, le trasformazioni di gauge, i potenziali ritardati e la radiazione. Poi si introducono i postulati della relatività speciale e si presenta la dinamica relativistica e la formulazione relativistica delle equazioni di Maxwell. Successivamente si prendono in esame i problemi che hanno dato avvio alla teoria dei quanti: la radiazione di corpo nero, l'effetto fotoelettrico, il calore specifico dei solidi e l'atomo di Bohr. Si passa dalla vecchia teoria dei quanti alla meccanica ondulatoria, discutendo il dualismo onda-particella e introducendo l'equazione di Schroedinger con le sue applicazioni più semplici alle buche di potenziale unidimensionali e l'effetto tunnel. Si conclude parlando dell'interpretazione probabilistica della funzione d'onda.

Obiettivi
Questo corso intende creare un ponte tra la fisica classica e la teorie fisiche moderne, come la relatività e la meccanica quantistica. Il corso rappresenta un completamento del ciclo di apprendimento della fisica classica proposto nei corsi di Fisica Generale I e II e un avviamento ai corsi più avanzati previsti al terzo anno. L'obiettivo primario è permettere agli studenti di cogliere gli elementi essenziali che hanno portato allo sviluppo della fisica moderna, a partire dallo studio dei fenomeni elettrici e magnetici dipendenti dal tempo, la teoria elettromagnetica della luce, l'interazione tra luce e materia, la natura atomistica della materia. Da questi problemi emergerà la necessità di introdurre strumenti concettuali e formali del tutto nuovi. Alla fine del corso gli studenti saranno in grado di: Comprendere le equazioni di Maxwell dipendenti dal tempo; Descrivere diversi processi di emissione e propagazione di radiazione elettromagnetica; Risolvere problemi di elettromagnetismo e relatività speciale; Comprendere concetti di base della fisica dei quanti, a partire dal quanto di Planck fino all'equazione di Schroedinger e il significato delle funzioni d'onda.

Prerequisiti
Per seguire il corso con profitto, gli studenti devono conoscere la meccanica newtoniana, la termodinamica, e l'elettromagnetismo, fino alle equazioni di Maxwell. Devono inoltre avere familiarità con il formalismo matematico studiato nei corsi di analisi e geometria dei primi due anni del corso di laurea in fisica.

Mutuazione del corso per iscritti al corso di laurea in Matematica
Questo corso viene normalmente seguito anche da una parte degli studenti iscritti al corso di laurea in Matematica. Per loro il programma d'esame si limita alle parti di elettrodinamica e relatività speciale e non comprende la parte sulla nascita della teoria dei quanti, al corpo nero in poi. Di conseguenza, i crediti assegnati sono 6 anziché 9. Le modalità d'esame sono le stesse che per gli iscritti a Fisica, ma senza la parte sui quanti.

Appunti delle lezioni
Gli appunti delle lezioni sono resi disponibili sulla piattaforma Moodle (separatamente per i due docenti) e comprendono:

• un testo con gli appunti di elettrodinamica del prof. Dalfovo
• un testo con gli appunti di relatività speciale del prof. Perego
• gli esercizi di elettrodinamica e relatività speciale del prof. Perego
• un testo con gli appunti della teoria sulla nascita della teoria dei quanti del prof. Dalfovo

Libri consigliati
La prima parte del corso su elettrodinamica e relatività speciale, si baserà principalmente sul testo

• David J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics.

Per la parte sulla nascita della teoria dei quanti sono disponibili gli appunti del docente. Gli studenti interessati ad approfondire gli argomenti possono trovare interessante la lettura del libro M. Born, Fisica Atomica, oppure qualsiasi testo introduttivo alla meccanica quantistica, trattata dal punto di vista dell'evoluzione storica.

Modalità d'esame
La verifica di apprendimento avviene alla fine del corso tramite un esame orale. Nel colloquio vengono poste alcune domande relative a diversi argomenti trattati nel corso. Lo scopo è quello di verificare che i concetti di base dell'elettrodinamica, la relatività ristretta e la teoria dei quanti (fino alle applicazioni più semplici dell'equazione di Schroedinger) siano stati colti, che il formalismo delle teorie sia ben acquisito e che gli studenti sappiano collocare le varie nozioni in un contesto coerente di teorie ed esperimenti. La capacità di esprimersi in modo sintetico e rigoroso è uno degli elementi di valutazione. La soluzione degli esercizi proposti dal prof. Perego durante il corso è da considerare parte integrante della preparazione all'esame stesso.

La durata del colloquio varia da 20 a 40 minuti, circa, e le domande possono spaziare su tutto il programma del corso. Il voto finale, in trentesimi, viene assegnato al termine dell'esame orale. Ogni anno sono previsti cinque appelli d'esame, due tra giugno e luglio, uno tra fine agosto e inizio settembre, e due di recupero tra gennaio e febbraio dell'anno successivo.

• Gli esami sono orali e si effettuano in presenza.
• L'esame consisterà, in linea di massima, di tre domande: una di elettrodinamica, una di relatività ristretta e una sulla teoria dei quanti.
• O una o l'altra delle prime due domande (elettrodinamica e relatività) riguarderà uno degli esercizi proposti dal prof. Perego, scelto al momento dal docente. Lo studente, dovrà spiegare come si risolve l'esercizio, mostrando le proprie note scritte a mano prima dell'esame. Nelle note dovrebbe esserci scritto quanto basta per poi poter illustrare a voce i passaggi della risoluzione. Lo scopo è di limitare il tempo da dedicare, durante l'esame, alla scrittura di espressioni e passaggi matematici, concentrandosi piuttosto sulla sostanza. Ogni studente è libero di interpretare il "quanto basta" a seconda della propria sensibilità. Nella valutazione quello che conta è che ci sia evidenza di una riflessione personale sul senso dell'esercizio.
• Per gli iscritti a matematica vale lo stesso, tolta la terza domanda.