Studiare le proprietà fondamentali di atomi e molecole con l'applicazione della Meccanica Quantistica con particolare attenzione all'interazione dei sistemi col campo elettromagnetico. Spettri atomici e molecolari.
scheda docente materiale didattico
Teoria quantistica per l'atomo idrogenoide. L'equazione di Schoedinger di un elettrone in campo Coulombiano.
Autofunzioni e livelli di energia. Classificazione degli stati. Alcune
proprietà delle funzioni atomiche radiali.
2- Interazione dell'atomo idrogenoide col campo e.m. L'interazione elettrone-campo e.m. trattata con la teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Termine di assorbimento e termine di emissione.
Probabilità di transizione per l'assorbimento e per l'emissione stimolata.
Sezione d'urto per l'assorbimento. Emissione spontanea.
Approssimazione di dipolo. Regole di selezione.
3- Diagramma di Grotrian. Polarizzazione della radiazione ed elicità dei fotoni. Coefficienti di Einstein.
Forma delle righe per effetto del lifetime dei livelli.
4- Correzioni relativistiche. Interazione spin-orbita. Termine di Darwin.
Correzioni di struttura fine agli atomi idrogenoidi.
5- Effetti di campi elettrici e magnetici statici. Effetto Stark. Effetto Zeeman normale. Effetto Paschen-Back. Effetto Zeeman anomalo.
6- Definizione delle unità atomiche. Atomi a due elettroni.
Approssimazione di elettroni indipendenti. Interazione elettrone-elettrone come perturbazione. Metodo variazionale. Stati eccitati.
Energia coulombiana e di scambio per stati con due elettroni. Livelli di energia immersi nel continuo.
7- Atomi a molti elettroni. Approssimazione di campo centrale. Schema
dei livelli. Funzione d'onda a molte particelle, determinante di Slater.
Equazioni di Hartree-Fock e termine di scambio.
8- Schema dei livelli e regole di Hund. Accoppiamento LS. Regole di Hund in presenza del termine spin-orbita. Esempi di livelli di energia per elettroni non equivalenti e per elettroni equivalenti. Accoppiamento j-j.
9- Regole di selezione per atomi a molti elettroni in approssimazione di dipolo. Spettri degli atomi alcalini, difetto quantico. Spettri dell'atomo di He e delle terre alcaline.
10- Fisica Molecolare. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Problema di Schroedinger per gli elettroni. Equazione per i nuclei.
11- Lo ione di idrogeno molecolare. Applicazione del metodo LCAO.
Proprietà di simmetria delle molecole biatomiche. Molecola di idrogeno col metodo degli orbitali molecolari. Metodo LCAO in generale.
Stati leganti e antileganti. Legame covalente e legame ionico.
12- Dinamica dei nuclei. Livelli rotazionali e vibrazionali. Momento angolare totale dei nuclei e degli elettroni.
13- Potenziale di Morse. Correzioni anarmoniche. Correzioni centrifughe al potenziale di Morse.
14- Transizioni fra livelli vibrazionali e rotazionali. Regole di selezione.
Esempi per molecole biatomiche etronucleari.
Effetto Raman. Transizioni elettroniche.
15- Principio di Franck-Condon.
Programma
1- Modello di Bohr per atomi idrogenoidi. Serie spettroscopiche in assorbimento e in emissione.Teoria quantistica per l'atomo idrogenoide. L'equazione di Schoedinger di un elettrone in campo Coulombiano.
Autofunzioni e livelli di energia. Classificazione degli stati. Alcune
proprietà delle funzioni atomiche radiali.
2- Interazione dell'atomo idrogenoide col campo e.m. L'interazione elettrone-campo e.m. trattata con la teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo. Termine di assorbimento e termine di emissione.
Probabilità di transizione per l'assorbimento e per l'emissione stimolata.
Sezione d'urto per l'assorbimento. Emissione spontanea.
Approssimazione di dipolo. Regole di selezione.
3- Diagramma di Grotrian. Polarizzazione della radiazione ed elicità dei fotoni. Coefficienti di Einstein.
Forma delle righe per effetto del lifetime dei livelli.
4- Correzioni relativistiche. Interazione spin-orbita. Termine di Darwin.
Correzioni di struttura fine agli atomi idrogenoidi.
5- Effetti di campi elettrici e magnetici statici. Effetto Stark. Effetto Zeeman normale. Effetto Paschen-Back. Effetto Zeeman anomalo.
6- Definizione delle unità atomiche. Atomi a due elettroni.
Approssimazione di elettroni indipendenti. Interazione elettrone-elettrone come perturbazione. Metodo variazionale. Stati eccitati.
Energia coulombiana e di scambio per stati con due elettroni. Livelli di energia immersi nel continuo.
7- Atomi a molti elettroni. Approssimazione di campo centrale. Schema
dei livelli. Funzione d'onda a molte particelle, determinante di Slater.
Equazioni di Hartree-Fock e termine di scambio.
8- Schema dei livelli e regole di Hund. Accoppiamento LS. Regole di Hund in presenza del termine spin-orbita. Esempi di livelli di energia per elettroni non equivalenti e per elettroni equivalenti. Accoppiamento j-j.
9- Regole di selezione per atomi a molti elettroni in approssimazione di dipolo. Spettri degli atomi alcalini, difetto quantico. Spettri dell'atomo di He e delle terre alcaline.
10- Fisica Molecolare. Approssimazione di Born-Oppenheimer. Problema di Schroedinger per gli elettroni. Equazione per i nuclei.
11- Lo ione di idrogeno molecolare. Applicazione del metodo LCAO.
Proprietà di simmetria delle molecole biatomiche. Molecola di idrogeno col metodo degli orbitali molecolari. Metodo LCAO in generale.
Stati leganti e antileganti. Legame covalente e legame ionico.
12- Dinamica dei nuclei. Livelli rotazionali e vibrazionali. Momento angolare totale dei nuclei e degli elettroni.
13- Potenziale di Morse. Correzioni anarmoniche. Correzioni centrifughe al potenziale di Morse.
14- Transizioni fra livelli vibrazionali e rotazionali. Regole di selezione.
Esempi per molecole biatomiche etronucleari.
Effetto Raman. Transizioni elettroniche.
15- Principio di Franck-Condon.
Testi Adottati
B. H. Bransden and C. J. Joachain "Physics of Atoms and Molecules" (I-st or II-nd edition)Modalità Erogazione
Lezioni alla lavagna tradizionale. Esercitazioni alla lavagna tradizionali. Approfondimenti tramite uso di presentazioni powerpoint.Modalità Valutazione
esame in forma scritta ed orale L'esame finale comprende un compito scritto e un colloquio orale. Si prevedono due compiti di esonero. Regole per gli esami scritti. Saranno proposti due problemi, uno di Fisica Atomica e uno di Fisica Molecolare. Va fatta distinzione fra studenti che hanno superato almeno uno dei compiti di esonero e gli altri. A) Gli studenti che hanno avuto un voto sufficiente a uno o entrambi gli esoneri possono partecipare e decidere se svolgere uno o entrambi i problemi. La consegna del compito implica l'annullamento del risultato dell'esonero. B) Per gli studenti che non hanno superato nessuno degli esoneri non è possibile svolgere un solo problema, per esempio quello di atomica e lasciare l'altro, per esempio di molecolare, per un compito successivo. Il voto è complessivo e riguarda l'intero compito. C) Il voto dello scritto e l'esonero può essere mantenuto fino all'appello orale di settembre (compreso). Si precisa che agli esami scritti non ci sarà la domanda di teoria che è presente nei compiti di esonero.