ECTS - University of Pisa
Il corso mira a fornire le conoscenze necessarie per la trattazione dal punto di vista quantistico del campo elettromagnetico e della sua interazione con i sistemi materiali. Le lezioni offrono le basi e i metodici teorici, ma discutono anche i principali effetti e le più rilevanti implementazioni sperimentali.
The course aims at providing the necessary knowledge for the quantum treatment of the electromagnetic field and of its interaction with material systems. The lessons cover the theoretical bases and methods, but also discuss the main effects and the most relevant experimental implementations.
Lo/la studente/essa sarà valutato/a sulla sua capacità di discutere i contenuti del corso utilizzando la terminologia appropriata. Gli/le verrà chiesto di dimostrare di essere in grado di affrontare un nuovo problema di ricerca circoscritto mettendo in pratica, con consapevolezza critica, i concetti e le idee apprese durante il corso.
Metodi:
Prova orale finale
The student will be assessed on his/her demonstrated ability to discuss the main course contents using the appropriate terminology. He/she will be asked to demonstrate the ability to approach a circumscribed new research problem putting into practice, with critical awareness, the concepts and ideas learned during the course.
Methods:
Alla fine del corso lo/a studente/ssa sarà in grado di comprendere i concetti principali concernenti gli stati quantistici e classici del campo elettromagnetico, come questi interagiscono con le transizioni materiali, e i fenomeneni fisici e le applicazioni che ne scaturiscono. Sarà in grado di esaminare criticamente le nuove idee e gli approcci che appaiono nella letteratura scientifica, e avrà il background di fisica necessario per affrontare l'implementazione pratica e la descrizione matematica di esperimenti moderni di ottica quantistica nei settori più diversi.
At the end of the course the student will be able to understand the main concepts concerning the quantum and classical states of the electromagnetic field, how they interact with material transitions, and the physical phenomena and applications that arise from them. He/she will be able to critically examine the new ideas and approaches that appear in the scientific literature, and will have the physics background necessary to address the practical implementation and mathematical description of modern quantum optics experiments in the most diverse fields.
Il corso presenta un approccio interattivo in cui gli studenti sono coinvolti in discussioni con l'insegnante, anche riguardo ai nuovi risultati che appaiono nella letteratura scientifica. Esercizi e domande di base 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 exercises / questions are an integral part of the lessons to verify the degree of comprehension.
Lo studente apprenderà ad affrontare la descrizione di sistemi fisici in interazione con campi elettromagnetici in ogni tipo di condizione e ad applicare/implementare concetti e schemi generali in esperimenti specifici. Sarà in seguito in grado di condurre in modo indipendente un progetto di ricerca nel campo.
The student will learn how to tackle the description of physical systems in interaction with electromagnetic fields in any type of condition and to apply / implement concepts and general schemes in specific experiments. He will then be able to independently conduct a research project in the field.
Le impressioni sulla partecipazione alle lezioni, le discussioni sui seminari, la scelta degli argomenti dell'esame sono gli elementi utilizzati per verificare il livello di progresso raggiunto.
Impressions on the the attendance to lessons, discussions on the seminars, choice of the exam topics will be used to verify the level of progress reached.
E' necessaria la conoscenza della meccanica quantistica di base, anche nel formalismo della seconda quantizzazione, e dell'elettromagnetismo classico.
Knowledge of basic quantum mechanics, also in the second quantization formalism, as well as of classical electromagnetism is necessary.
Modalità: lezioni frontali
Attività didattiche:
Frequenza: consigliata
Metodi di insegnamento:
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Legge di Planck, interazione del campo elettromagnetico con un sistema a due livelli, coefficienti di Einstein. Teoria delle fluttuazioni e coerenza della radiazione. Quantizzazione del campo elettromagnetico e stati quantistici/classici: luce coerente, termica, squeezed. Campi di singolo modo, multimodo e continui. Teoria quantistica dell'emissione, attenuazione e amplificazione; modello quantistico del laser. Fluorescenza e scattering della luce. Ottica quantistica non-lineare. Interazione con sistemi atomici coerenti ed effetti collettivi. Cenni di opto-meccanica.
Planck's law, interaction of the electromagnetic field with a two-level system, Einstein's coefficients. Theory of fluctuations and coherence of radiation. Quantization of the electromagnetic field and quantum / classical states: coherent, thermal, squeezed light. Single mode, multimode and continuous fields. Quantum theory of emission, attenuation and amplification; quantum model of the laser. Fluorescence and light scattering. Non-linear quantum optics. Interaction with coherent atomic systems and collective effects. Elements of opto-mechanics.
Rodney Loudon, "The Quantum Theory of Light" - Oxford Science Publications 2000
Marlan O. Scully & M. Suhail Zubairy, "Quantum Optics" - Cambridge University Press 1997
Leonard Mandel & Emil Wolf, "Optical coherence and quantum optics" - Cambridge University Press 1995
Rodney Loudon, "The Quantum Theory of Light" - Oxford Science Publications 2000
Marlan O. Scully & M. Suhail Zubairy, "Quantum Optics" - Cambridge University Press 1997
Leonard Mandel & Emil Wolf, "Optical coherence and quantum optics" - Cambridge University Press 1995
Gli argomenti delle lezioni e la relativa bibliografia sono disponibili settimanalmente sul registro. Ulteriori supporti (slide, articoli, etc.) sono scaricabili dalla piattaforma Teams.
The topics of the lessons and the relative bibliography are available weekly on the register. Additional supporting material (slides, articles, etc.) can be downloaded from the Teams platform.
Esame orale che di solito tratta almeno due argomenti distinti. 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. Una parte dell'esame può essere svolta a seminario su un argomento concordato col docente.
Oral exam that usually covers at least two distinct subjects. The student will be invited to start discussing the topic, and during the discussion will be asked to explain the origin of his/her statements and how the knowledge acquired can be applied to a new situation not encountered during the lessons. A part of the exam can be held in seminar form, usually presenting a scientfic article previously agreed with the teacher.
