Fisica quantistica (modulo 1)
A.A. 2025/2026
Obiettivi formativi
L'insegnamento fornisce un'introduzione ai concetti ed alle tecniche della fisica quantistica. Il primo modulo presenta le motivazioni per la fisica quantistica, ne introduce i principi fondamentali, e sviluppa il formalismo della meccanica quantistica non-relativistica, specificamente in una dimensione.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del primo modulo di questo insegnamento lo studente:
1. sarà in grado di giustificare la necessità di una descrizione
quantistica dei fenomeni fisici;
2. sarà' in grado di determinare gli operatori quantistici associati ad
osservabili, di capire gli aspetti probabilistici dei risultati della loro
misura, e di classificare (anche usando il formalismo della matrice densità) l'informazione contenuta in uno
stato quantistico;
3. sarà in grado di quantizzare un sistema meccanico in una dimensione;
4. sarà in grado di determinare l'evoluzione temporale di sistemi
quantistici, in rappresentazione di Schroedinger o di Heisenberg;
5. saprà determinare le proprietà di onde piane e di pacchetti d'onde;
6. saprà risolvere l'equazione di Schroedinger con vari potenziali
unidimensionali che danno luogo a spettri sia continui che discreti
(buche, gradini ecc);
6. saprà determinare lo spettro dell'oscillatore armonico, e saprà
manipolare gli operatori di creazione e distruzione, anche per la costruzione
di stati coerenti.
1. sarà in grado di giustificare la necessità di una descrizione
quantistica dei fenomeni fisici;
2. sarà' in grado di determinare gli operatori quantistici associati ad
osservabili, di capire gli aspetti probabilistici dei risultati della loro
misura, e di classificare (anche usando il formalismo della matrice densità) l'informazione contenuta in uno
stato quantistico;
3. sarà in grado di quantizzare un sistema meccanico in una dimensione;
4. sarà in grado di determinare l'evoluzione temporale di sistemi
quantistici, in rappresentazione di Schroedinger o di Heisenberg;
5. saprà determinare le proprietà di onde piane e di pacchetti d'onde;
6. saprà risolvere l'equazione di Schroedinger con vari potenziali
unidimensionali che danno luogo a spettri sia continui che discreti
(buche, gradini ecc);
6. saprà determinare lo spettro dell'oscillatore armonico, e saprà
manipolare gli operatori di creazione e distruzione, anche per la costruzione
di stati coerenti.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame alla fine del gruppo
Giudizio di valutazione: Inserire codice AF
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
CORSO A
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
A. Le basi sperimentali della fisica quantistica
1. Onde e particelle
2. Sovrapposizione, interferenza, misura
B. Fondamenti
1. Vettori di stato
2 . Operatori e osservabili
3. Indeterminazione
4. Informazione
C. Quantizzazione canonica
1. La rappresentazione delle coordinate
2. Impulso e traslazioni
3. Commutatori canonici
D. Evoluzione temporale
1. Il generatore delle traslazioni temporali
2. L'equazione di Schrödinger
3. Formulazione alla Heisenberg
E. La particella libera
1. Onde piane
2. Pacchetti d'onde e stati di minima indeterminazione
3. Moto di un pacchetto d'onde
F. Problemi unidimensionali
1. La buca di potenziale e gli stati legati
2. Il gradino di potenziale e i problemi d'urto
3. Barriera di potenziale ed effetto tunnel
G. L'oscillatore armonico
1. Operatori di creazione e distruzione e spettro
2. Autofunzioni e approccio alla Scrhödinger
3. Evoluzione temporale e stati coerenti
1. Onde e particelle
2. Sovrapposizione, interferenza, misura
B. Fondamenti
1. Vettori di stato
2 . Operatori e osservabili
3. Indeterminazione
4. Informazione
C. Quantizzazione canonica
1. La rappresentazione delle coordinate
2. Impulso e traslazioni
3. Commutatori canonici
D. Evoluzione temporale
1. Il generatore delle traslazioni temporali
2. L'equazione di Schrödinger
3. Formulazione alla Heisenberg
E. La particella libera
1. Onde piane
2. Pacchetti d'onde e stati di minima indeterminazione
3. Moto di un pacchetto d'onde
F. Problemi unidimensionali
1. La buca di potenziale e gli stati legati
2. Il gradino di potenziale e i problemi d'urto
3. Barriera di potenziale ed effetto tunnel
G. L'oscillatore armonico
1. Operatori di creazione e distruzione e spettro
2. Autofunzioni e approccio alla Scrhödinger
3. Evoluzione temporale e stati coerenti
Prerequisiti
Analisi matematica in una variabile; algebra lineare; fisica delle onde e delle oscillazioni.
Metodi didattici
Il corso consiste di lezioni ed esercizi, suddivisi in 40 ore di lezione e 24 ore di esercitazione, di cui 14 di svolgimento di problemi assegnati a lezione. Le lezioni sono svolte alla lavagna e sono dedicate (lezioni: 40 ore) all'illustrazione di argomenti teorici e metodologici e (esercitazioni: 10 ore) allo svolgimento di problemi applicativi standard. Lo svolgimento di problemi (14 ore) consiste nella discussione di problemi assegnati in precedenza, coinvolgendo gli studenti nella risoluzione. Il registro delle lezioni e gli esercizi assegnati (con suggerimenti per la risoluzione) vengono di volta in volta pubblicati
sul sito del docente.
sul sito del docente.
Materiale di riferimento
Testo di riferimento
Stefano Forte e Luca Rottoli, Fisica Quantistica; Zanichelli.
Altri testi consigliati
A. Berera e L. Del Debbio, Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (testo di consultazione per i calcoli svolti)
B. Schumacher, M. Westmoreland, Quantum Processes, Systems & Information, Cambridge U.P. (testo di consultazione soprattutto per argomenti non di meccanica)
S. Weinberg, Lectures on Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (testo di consultazione soprattutto per teoria delle perturbazioni e dell'urto)
K. Gottfried e T.M. Yan, Quantum Mechanics: Fundamentals; Springer (testo di consultazione per approfondimenti)
J. Binney e D. Skinner, The Physics of Quantum Mechanics; Oxford U.P. (testo di consultazione per approfondimenti)
M. Longair, Quantum Concepts in Physics; Cambridge U.P. (fonti storiche commentate)
Raccolte di esercizi svolti:
G. Passatore, Problemi di meccanica quantistica elementare; Franco Angeli (elementari)
L. Angelini, Meccanica quantistica: problemi scelti; Springer (elementari)
E. d'Emilio, L. E. Picasso, Problemi di meccanica quantistica; ETS (elementari ed intermedi)
A. Z. Capri, Promlems and Solutions in Nonrelativistic Quantum Mechanics; World Scientific (elementari, intermedi e avanzati)
K. Tamvakis, Problems and Solutions in Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (intermedi e avanzati)
V. Galitski, B. Karnakov, V. Kogan e V. Galitski, Exploring Quantum Mechanics; Oxford U.P. (700 problemi, soprattutto intermedi e avanzati)
Stefano Forte e Luca Rottoli, Fisica Quantistica; Zanichelli.
Altri testi consigliati
A. Berera e L. Del Debbio, Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (testo di consultazione per i calcoli svolti)
B. Schumacher, M. Westmoreland, Quantum Processes, Systems & Information, Cambridge U.P. (testo di consultazione soprattutto per argomenti non di meccanica)
S. Weinberg, Lectures on Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (testo di consultazione soprattutto per teoria delle perturbazioni e dell'urto)
K. Gottfried e T.M. Yan, Quantum Mechanics: Fundamentals; Springer (testo di consultazione per approfondimenti)
J. Binney e D. Skinner, The Physics of Quantum Mechanics; Oxford U.P. (testo di consultazione per approfondimenti)
M. Longair, Quantum Concepts in Physics; Cambridge U.P. (fonti storiche commentate)
Raccolte di esercizi svolti:
G. Passatore, Problemi di meccanica quantistica elementare; Franco Angeli (elementari)
L. Angelini, Meccanica quantistica: problemi scelti; Springer (elementari)
E. d'Emilio, L. E. Picasso, Problemi di meccanica quantistica; ETS (elementari ed intermedi)
A. Z. Capri, Promlems and Solutions in Nonrelativistic Quantum Mechanics; World Scientific (elementari, intermedi e avanzati)
K. Tamvakis, Problems and Solutions in Quantum Mechanics; Cambridge U.P. (intermedi e avanzati)
V. Galitski, B. Karnakov, V. Kogan e V. Galitski, Exploring Quantum Mechanics; Oxford U.P. (700 problemi, soprattutto intermedi e avanzati)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame al termine del primo modulo consiste di una prova scritta (in itinere) della durata di tre ore in cui viene richiesta la risoluzione di problemi di fisica quantistica che coprono, in ordine di difficoltà crescente, i principali argomenti del programma e la risposta ad una semplice domanda di teoria. Le prove assegnate negli ultimi anni sono tutte disponibili (con soluzioni complete) sul sito del docente. Il voto finale è determinato come media ponderata dei voti riportati nella prova in itinere (al termine del primo modulo) e dell'esame finale. Nella valutazione dell'esame scritto viene data particolare importanza alla verifica dell'apprendimento dei principi di base.
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 7
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Forte Stefano
CORSO B
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 7
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente:
Vicini Alessandro
Docente/i
Ricevimento:
tutti i giorni dopo le 12.30
Dipartimento di Fisica, via Celoria 16, stanza DC/I/6