FONDAMENTI DI FISICA MODERNA

Il corso introduce le principali idee della fisica moderna, sviluppata nel XX secolo, ossia la relatività la fisica statistica e la meccanica quantistica. Dove possibile viene usato il linguaggio della teoria dell'informazione, classica e quantistica,  elaborato negli ultimi 30 anni, introducendo tematiche attualmente di grande interesse legate alle tecnologie quantistiche.

• Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding) – Conoscenza delle principali idee della fisica moderna e delle tecnologie quantistiche. Conoscenza di alcune tecniche numeriche di base con il software Mathematica-Wolfram.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding) – Capacità di applicare tecniche teoriche di base e approssimazioni per l'analisi e la simulazione di sistemi di interesse per la fisica.
• Abilità comunicative (communication skills) – Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica e selle tecnologie quantistiche. 
• Capacità di apprendimento (learning skills) – Acquisizione di strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze nel settore, tramite l'accesso a laboratori informatici e alla letteratura specializzata.

Lezioni frontali, esercizi e dimostrazioni con software dedicato (Mathematica). Saranno organizzati seminari tenuti da ricercatori del settore. 
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus

 La frequenza alle lezioni è caldamente suggerita.

• Elementi di teoria della relatività
  -Esperienza di Michelson-Morley - Definizione operativa delle misure di spazio e di tempo – Intervallo spazio-temporale – Ordine temporale e separazione spaziale degli eventi - Tempo proprio - Postulati della teoria della relatività speciale - Trasformazioni di Lorentz - Trasformazioni della velocità, della quantità di moto, dell’energia e della forza - Paradosso dei gemelli - Aberrazione ed effetto Doppler.
• Introduzione alla meccanica statistica.
  -Ipotesi atomistica della materia. - Moto browniano. - Equilibrio e teorema di equipartizione.
• Introduzione alla meccanica quantistica
  - Fenomeni fondamentali: la radiazione del corpo nero, l'effetto fotoelettrico, l'effetto Compton. - Modelli atomici di Thomson, Rutherford e Bohr - Ipotesi di de Broglie - Diffrazione degli elettroni - Concetto di funzione d’onda e interpretazione probabilistica. - Equazione di Schrödinger stazionaria: particella in una buca di potenziale, effetto tunnel, oscillatore armonico quantistico
• Introduzione alla informazione quantistica 
  - Bit e qubit. - Algebra lineare e fisica quantistica - Le regole di von Neumann - Entanglement e semplici applicazioni alla computazione e alla comunicazione quantistica.

[1]  R. Resnick, Introduzione alla relatività ristretta, CEA, 1979

[2] J. J. Brehm, W. J. Mullin, Introduction to the structure of matter: a course in modern physics, , Wiley, 1989

[3] G. Falci, Lecture notes and slides

[4] C. P. Williams and S. H. Clearwater, Explorations in Quantum Computing, Springer Verlag, New York, 1998.

• L'esame orale standard comprende: (a) esposizione di un argomento concordato in anticipo col docente; (b) esposizione di un argomento scelto dal candidato al momento dell'esame tra tre argomenti (di diverso grado di difficoltà) proposti dal docente. Il superamento dell'esame dipende esclusivamente dalla prova (a), mentre la prova (b) concorre a determinare la valutazione finale.

• La valutazione è operata tenendo conto di: pertinenza delle risposte rispetto alle domande formulate; livello di comprensione dei contenuti esposti; accuratezza nell'esposizione dei calcoli; capacità di collegamento con altri temi dell'insegnamento (o di insegnamenti precedenti) e di riportare esempi; proprietà di linguaggio e chiarezza espositiva.

Sono richiesti all'esame gli argomenti di tutto il programma effettivamente svolto a lezione.