ECTS - University of Pisa
Lo studente che completa con successo il corso acquisirà una conoscenza di base dei seguenti argomenti: i) fisica statistica dell'equilibrio e del non equilibrio, ii) principi di fisica della materia condensata, iii) interazione luce-materia.
The student who successfully completes the course will be able to demonstrate general knowledge of: i) equilibrium and non-equilibrium statistical physics, ii) principles of condensed matter physics, iii) light-matter interaction.
Durante l'esame orale lo/la studente dovrà essere in grado di dimostrare la sua conoscenza del materiale del corso usando la terminologia appropriata. Gli/le sarà altresì richiesto di applicare tale conoscenza a situazioni e sistemi nuovi per dedurne le proprietà principali partendo da considerazioni fisiche.
Metodi: esame orale finale
During the oral exam the student must be able to demonstrate his/her knowledge of the course material using the appropriate terminology. He/she will also be asked to apply such knowledge to new / unexpected situations to deduce the main general trends expected from physical considerations.
Methods: final oral exam
Lo/la studente sarà in grado di utilizzare metodologie e tecniche statistiche (classiche e quantstiche) per risolvere semplici problemi termodinamici e di applicare tali tecniche a problemi rilevanti nella fisica della materia condensata e dei gas, nonché della loro interazione con la radiazione elettromegnetica.
The student will be able to use statistical methodologies and techniques (classical and quantum) to solve simple thermodynamical problems and to apply them to relevant problems in the physics of condensed matter and gases and of their interaction with the electromagnetic field.
Il corso di basa su in approccio interattivo un cui gli studenti vengono coinvolti in discussioni col docente, anche concernenti i nuovi risultati che appaiono nella letteratura scientifica. Esercizi di base e domande sono parte integrante delle lezioni per verificare il grado di comprensione.
The course features an interactive approach in which students are involved in discussions with the teacher, also concerning new results appearing in the scientific literature. Basic excersises / questions are an integral part of the lessons to verify the degree of comprehension.
Ci si aspetta che lo/la studente sviluppi la capacità di affrontare problemi fisici complessi basandosi sull'intuizione fisica piuttosto che su un approccio matematico a forza bruta. In particolare, lo/la studente dovrebbe essere in grado di stimare quali contributi e processi siano rilevanti e quali possano essere trascurati (basandosi anche su considerazioni statistiche), eseguire le necessarie approssimazioni, e capirne i limiti di applicabilità.
The student is expected to develop the capability of tackling complex physical problems relying on physical intuition rather than on a brute force mathematical approach. In particular he/she should be able to assess which contributions and processes are relevant and which can be neglected (also based on statistical considerations), draw the necessary approximations, and understand their limits of application.
Questi saranno verificati durante le lezioni, ponendo problemi e discutendo le soluzioni suggerite (anche attraverso metodi informatici - Socrative, etc). Durante l'esame in alcuni casi sarà esplicitamente richiesto di evitare l'utilizzo di passaggi matematici.
These will be assessed during the lessons, posing problems and discussing suggested solutions (also through student competitions via teaching sofware like Socrative). During the exams it will be explicitly requested to avoid use of mathematics in several cases.
La conoscenza della fisica generale (meccanica e termodinamica) è necessaria. Una comprensione di base della meccanica quantistica (funzioni d'onda, ampiezze di probabilità, teoria delle perturbazioni) è altamente raccomandata.
Knowledge of general physics (mechanics and thermodynamics) is necessary. Basic understanding of quantum mechanics (wave functions, probability amplitudes, perturbation theory) is highly recommended.
Modalità: lezioni frontali
Attività didattiche:
Frequenza: consigliata
Metodi di insegnamento:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Introduzione alla meccanica statistica d'equilibrio: ensamble microcanonico, canonico e gran-canonico. Distribuzioni di Boltzman, Bose-Einstein e Fermi Dirac. Applicazioni: condensazione di Bose-Einstein, radiazione di corpo nero, modelli di Einstein e Debye per il calore specifico dei solidi, elettroni nei metalli, modello di Drude. Cristalli: struttura a bande e fononi. Teoria dei liquidi. Correlazione e fluttuazioni: teorema di fluttuazione-dissipazione, rumore termico e teorema di Nyquist. Assorbimento, emissione spontanea e stimolata della luce. Modello ad euqazioni di rate del laser.
Introduction to the equilibrium statistical mechanics: microcanonical, canonical and grand-canonical ensemble. Boltzmann, Bose-Einstein and Fermi-Dirac distributions. Applications: Bose-Einstein condensation, black-body radiation , Debye and Einstein models of specific heat in crystals, electrons in a metal, Drude model. Crystalline solids: bans structure and phonons. Theory of liquids. Correlations and fluctuations: fluctuation-dissipation theorem, thermal noise and Nyquist theorem. Absorption, spontaneous and stimulated emission of light. Rate equation description of laser effect.
David L. Goodstein, "States of Matter" - Dover Publications 2014
John Weiner and P.-T. Ho, "Light-Matter Interaction (Volume 1)" - John Wiley & Sons 2003
Ennio Arimondo, "Lezioni di Struttura della Materia" - Edizioni ETS 1998
R. K. Pathria, "Statistical Mechanics" - Pergamon Press 1972
Neil W. Ashcroft & N. David Mermin, "Solid State Physics" - Saunders College 1976
Franco Bassani, Umberto M. Grassano, "Fisica dello Stato Solido" - Bollati Boringhieri 2000
David L. Goodstein, "States of Matter" - Dover Publications 2014
John Weiner and P.-T. Ho, "Light-Matter Interaction (Volume 1)" - John Wiley & Sons 2003
Ennio Arimondo, "Lezioni di Struttura della Materia" - Edizioni ETS 1998
R. K. Pathria, "Statistical Mechanics" - Pergamon Press 1972
Neil W. Ashcroft & N. David Mermin, "Solid State Physics" - Saunders College 1976
Franco Bassani, Umberto M. Grassano, "Fisica dello Stato Solido" - Bollati Boringhieri 2000
Un incontro in anticipo col docente è consigliato. Alcune note e la bibliografia dettagliata pagina per pagina delle lezioni saranno rese disponibili.
An advance meeting with the teacher is recommended. Notes and a detailed page to page bibliography can be made available.
Esame orale che di solito tratta due argomenti distinti, uno più statistico, l'altro più relativo agli stati quantistici e all'interazione. All'allievo verrà chiesto di iniziare a discutere sull'argomento, e durante la discussione si chiederà di spiegare l'origine delle sue affermazioni e come le conoscenze enunciate possono essere applicate a una nuova situazione non affrontata durante le lezioni.
Oral exam that will typically deal of two distinc topics, one more statitical, the other more quantum states / interaction. The student will be asked to start discussing on the subject, during which discussion he/she will be asked to explain the origin of his/her statements and how they can be applied to a new situation not faced during the lessons.
