Il corso introduce agli studenti alcuni concetti fondamentali delle statistiche classiche e quantistiche, alcune applicazioni della meccanica quantistica di base, della fisica atomica e della fisica nucleare, per fornire le basi per una adeguata comprensione di alcune tecniche e della relativa strumentazione per la caratterizzazione fisica dei materiali.
Il corso offre altresì agli studenti la possibilità di effettuare misurazioni di con strumentazione avanzata utilizzando tecniche introdotte nelle lezioni frontali e di analizzare i dati sperimentali con strumenti informatici dedicati.

Conoscenza e capacità di comprensione:
-Conoscenza adeguata della natura corpuscolare della luce, della struttura dell’atomo e di concetti fondamentali della fisica del nucleo perla comprensione di alcune tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei materiali.
- comprensione delle modalità di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei materiali;
- Acquisizione del metodo sperimentale per effettuare correttamente misurazioni e di metodologie di analisi dei dati per trarre dalle misure le informazioni necessarie per la caratterizzazione dei materiali.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
- capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali
per l'interpretazione dei fenomeni su scala atomica;
- capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti le proprietà dei materiali;
- capacità di effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale;
- capacità di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica;
- capacità di redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta.

Il corso prevede 52 h di lezioni frontali propedeutiche e 24 h/studente di attività in laboratorio.

Argomenti trattati nelle lezioni frontali:

Elementi di meccanica statistica classica:
Statistica di Boltzmann .
Statistica di Bose Einstein: applicazioni al problema del corpo nero,cenni delle tecniche di colorimetria e termografia; principi difunzionamento del laser.
Elementi di spettroscopia ottica, colorimetria e termografia
Statistica di Fermi-Dirac: applicazione al modello del gas di elettroni
nei metalli.
La natura corpuscolare della luce:
quantizzazione dell'energia del campo elettromagnetico
effetto fotoelettrico
effetto termoionico
La natura ondulatoria della materia
Lunghezza d'onda di De Broglie; la relazione di indeterminazione
La funzione d'onda elettronica; elementi di diffrazione elettronica
Effetto Tunnel; cenni della microscopia tunnel a scansione (STM)

Elementi di Fisica Atomica
L'atomo di Bohr
Atomo di idrogeno, orbitali atomici, momento angolare orbitale e di spin.
Atomi multi elettronici: introduzione alle tecniche di fotoemissione (ESCA)
Struttura della tavola periodica degli elementi
Magnetismo atomico - effetto Zeeman
Raggi X caratteristici
Elementi di fisica del nucleo
proprietà del nucleo
decadimenti radioattivi;
Le reazioni nucleari

Attività in laboratorio.
Le attività in laboratorio sono organizzate in 6 sessioni da 4 ore. Ogni gruppo (3-4 studenti) eseguirà tre fra le esperienze qui elencate:
Tecniche di fabbricazione e di misura delle basse pressioni.
Spettroscopia ottica e colorimetria
Spettroscopia di raggi x
Diffrazione ottica
Verifica della legge di Stefan Boltzmann

La valutazione della relazione dell’attività svolta in laboratorio
una prova scritta
una prova orale
Le relazioni di laboratorio possono essere consegnate sia in forma cartacea (quaderno di laboratorio) che in formato elettronico. La consegna deve avvenire ENTRO due settimane dal termine delle attività di laboratori. Eventuali ritardi verranno considerati in sede di valutazione.
Entro una settimana dalla scadenza i gruppi verranno invitati a discutere le relazioni. La discussione verterà sull’analisi delle relazioni di laboratorio e sulla loro valutazione. E’ indispensabile che ci sia almeno un rappresentante per gruppo. La valutazione sarà comune a tutti i membri del gruppo.         

La prova scritta consisterà in esercizi simili a quelli svolti a lezione; questi ultimi sono riportati alla voce "esercizi" nel materiale didattico. La durata della prova scritta è di 2 ore. Non sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali) per poter svolgere gli esercizi. La valutazione della provascritta sostenuta in una sessione d'esame vale per tutta la sessione e solo per quella. Nel caso ci siano due appelli nella stessa sessione lo studente che superi entrambi gli scritti della sessione può presentarsi all'orale scegliendo la valutazione più favorevole.
Per accedere alla prova orale e' necessario aver superato nella stessa sessione una prova scritta con almeno 18/30 (in caso di aver sostenutopiù di una prova scritta nella stessa sessione, verrà considerata solo quella con esito migliore) ed aver ottenuto una valutazione di almeno 18/30 delle attività di laboratorio. La prova orale consisterà inuna domanda relativa alle esperienze in laboratorio una domanda sugli argomenti trattati nel corso.
Il voto finale sarà la media delle valutazioni riportate nelle tre prove Il calendario delle sessioni d’esame è riportato nella piattaforma ESSE3

Sessioni straordinarie possono essere richieste solo da studenti in prossimità di discutere la tesi e aventi questo come ultimo esame.

• Lezione I: Martedì 17.03.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
• Introduzione alla meccanica statistica: [1] 10.1
• L'equilibrio statistico: [1] 10.2
• La ditribuzione di Maxwell-Boltzmann: [1] 10.3 fino a eq. 10.7
• Lezione II: Giovedi' 19.03.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
• La distribuzione di Maxwell-Boltzmann: [1] 10.3 fino alla fine (pag.440), Esempio 10.1 
• Significato fisico di α e β : [1] 10.4 fino alla fine (pag. 446)
• Lezione III: Martedi' 24.03.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  • La ditribuzione di Bose-Einstein: [1] 13.5, Esempio 13.4
  • Spettro di corpo nero: [2] 49-1
• Lezione IV: Mercoledi' 25.03.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  • Trattazione di Planck dello spettro di corpo nero: [2] 49-2, Esempio 2, 49-3, [4] dispense
  • Densita' degli stati di un gas di fotoni: [4] dispense
• Lezione V: Giovedi' 26.03.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  • Spettro di corpo nero come gas di fotoni: [1] 13.6, [4] dispense
  • Transizioni radiative stimolate, Laser/Maser: [1] Esempi 13.5, 13.6, [2] 52-5, 52-6, 52-7 (senza esempi)
• Lezione VI: Giovedi' 26.03.2015- Docente: Prof. E. Vittone
• Radiazione di corpo nero: introduzione alla radiometria, termografia (slide)  
• Lezione VII: Lunedi' 30.03.2015- Docente: Prof. E. Vittone
• Introduzione alla colorimetria (slide).
• Lezione VIII: Martedi' 31.03.2015- Docente: Prof. E. Vittone
• Introduzione alla colorimetria; tecniche sperimentali per la misura del colore (dispense).
• Lezione IX: Mercoledi' 08.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
• Corpo nero: Esercizi ([2] 49.5, 49.7, 49.9).
• La ditribuzione di Fermi-Dirac: [1] 13.2, Esempio 13.1
• Lezione X: Giovedi' 09.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  • Il gas di elettroni: [1] 13.3 (senza esempi)
  • Cenni sulla struttura a bande dei metalli: [1] 6.3
  • Effetto termoionico: [1] 13.4 fino a pag. 527, esercizio
  • Effetto fotoelettrico: [2] 49.5-49.6
• Lezione XI: Martedi' 14.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Effetto fotoelettrico: Esercizi ([2] 49.35, 49.37, 49.41)
  • Breve ripasso su interferenza e diffrazione
  • Comportamento ondulatorio delle particelle: [2] 50-1
  • L'ipotesi di de Broglie: [2] 50-2
• Lezione XII: Giovedi' 16.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Lunghezza d'onda di de Broglie: Esercizi ([2] 50.1, 50.3).
  • Esperimento di Davisson-Germer e di G.P. Thomson: [2] 50-3, Esercizi ([2] 50.13, 50.17)
• Lezione XIII: Venerdi' 17.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • La funzione d'onda: [2] 50-6
  • Effetto tunnel: [2] 50-8, [4] dispense, Esercizi ([2] 50.41, 50.43, esercizio).
• Lezione XIV: Lunedi' 20.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • La teoria di Bohr dell'atomo di idrogeno: [2] 51-1, Esempi 1 e 2
• Lezione XV: Mercoledi' 22.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Atomo di Bohr: Esercizi ([2] 51.21, 51.25)
  • Atomo di idrogeno nella trattazione di Schrödinger: [2] 51-2
  • Momento angolare e magnetico dell'atomo di idrogeno: [2] 51-3
• Lezione XVI: Venerdi' 24.04.2015- Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Momento angolare e magnetico dell'atomo di idrogeno: Esercizio ([2] 51.31)
  • Esperimento di Stern e Gerlach: [2] 51-4
  • Lo spin dell'elettrone: [2] 51-5
• LezioneXVII: Martedi' 28.4.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • I numeri quantici dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-6
  • Lo stato fondamentale dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-7, Esempio 8
  • Il primo stato eccitato dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-8
  • Sdoppiamento delle linee spettrali, struttura fine: [2] 51-9 (fino a pag. 1177)
• LezioneXVIII: Mercoledi' 29.4.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Effetto Zeeman: [2] 51-9 (fino a pag. 1178)
  • Lo spettro a raggi X degli atomi: [2] 52-1, Esercizi ([2] 52.4, 52.6)
  • Classificazione degli elementi di Moseley: [2] 52-2
• LezioneXIX: Giovedi' 30.4.2015 - Docente: Prof. S. Uccirati
  
  • Regole per la costruzione degli atomi: [2] 52-3
  • Struttura della tavola periodica, configurazioni elettroniche, Energia di ionizzazione, transizioni ottiche: [2] 52-4, Esercizio ([2] 52.23)
• LezioneXX: Lunedi' 4.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
  
  • Raggi x caratteristici: produzione [slide]
• LezioneXXI: Mercoledi' 6.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
  
  • Raggi x caratteristici: tecniche di caratterizzazione [Dispense]
• LezioneXXII: Venerdi' 8.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
  
  • Introduzione alla Fisica del Nucleo [54.1-54.8, Slide]
• LezioneXXIII: Lunedi' 11.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
  
  • Reazioni nucleari, spettroscopia nucleare, fissione [55.1-55.4, Slide]
• LezioneXXIV: Martedi' 12.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
• Il metodo del  radiocarbonio [Slide]
• Introduzione alla tecnologia delle basse pressioni [Dispense]
• Lezione XXV: Martedi' 12.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
• tecniche di fabbricazione del vuoto [Slide]
• Lezione XXVI: Mercoledi' 13.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
• tecniche di fabbricazione e misurazione del vuoto  [Slide]

• Lezione XXVII: Lunedi' 18.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone

tecniche di fabbricazione e misurazione del vuoto  [Slide]

• Lezione XXVIII: Mercoledi' 20.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
  • Introduzione alle esperimentazioni in laboratorio
• Lezione XIX: Venerdi' 22.5.2015 - Docente: Prof. E. Vittone
• Introduzione alle esperimentazioni in laboratorio [Slide]

ESERCIZI SVOLTI

CALENDARIO DELLE ATTIVITA' IN LABORATORIO

Guida alle esperienze in laboratorio:

Spettroscopia Raggi x

Colorimetria

Diffrazione ottica

Fabbricazione del vuoto

Legge di Stefan Boltzmann

 [1] M.Alonso, E.J.Finn, Fundamental University Physics, Vol. III, Quantum and Statistical Physics, Addison-Wesley Publishing Company Inc., 12th ed., 1980.

[2] Halliday-Resnick-Krane, Fisica 2, Casa Editrice Ambrosiana, 2002

[3] L. Colombo, Elementi di Struttura della materia, Hoepli-Milano, 2002

[4] Dispense fornite dal docente e disponibili alla voce "Materiale Didattico"

Tipologia Insegnamento

Il corso prevede 52 ore di lezione frontale ed esercitazioni in aula e 24 ore di attività in laboratorio.

Frequenza

La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.