SCC1169 - INTRODUCTION TO MODERN PHYSICS

insegnamento

ID:

SCC1169

Durata (ore):

100

CFU:

Anno:

2025

Periodo di attività

Secondo Semestre (23/02/2026 - 12/06/2026)

Obiettivi Formativi

Il corso intende fornire allo studente una comprensione introduttiva ma rigorosa di due fondamentali rivoluzioni concettuali della fisica del XX secolo: la Relatività Ristretta e la Meccanica Quantistica. Il percorso formativo integra aspetti teorici e sperimentali, con l'obiettivo di evidenziare l'interazione tra formulazione matematica e fenomenologia fisica e di preparare gli studenti alla presentazione e alla comunicazione efficace dei concetti fondamentali della fisica moderna in contesti didattici. Il corso è diviso in due parti. Parte I - Teoria: Prof. Claudio Cacciapuoti (56 ore) - Parte II - Laboratorio: Prof.ssa Alessia Allevi (32 ore) Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: - Comprendere e spiegare i principi fondamentali della Relatività Ristretta e della Meccanica Quantistica, nonché le principali motivazioni sperimentali che hanno portato alla formulazione delle due teorie; - Utilizzare strumenti matematici fondamentali per analizzare i concetti base delle due teorie; - Descrivere e condurre esperienze di laboratorio per l’insegnamento scolastico; - Integrare conoscenze teoriche e sperimentali per comunicare efficacemente alcuni concetti fondamentali della fisica moderna.

Prerequisiti

Per affrontare proficuamente il corso è richiesta la conoscenza dei contenuti fondamentali degli insegnamenti Fisica 1 e Fisica 2 del corso di laurea triennale. È inoltre auspicabile la conoscenza di alcune nozioni di base della Meccanica Analitica (formulazione lagrangiana e hamiltoniana, equazioni di Eulero-Lagrange e di Hamilton).

Metodi didattici

Parte I – Teoria: Lezioni frontali in aula con utilizzo della lavagna e/o supporti multimediali (diapositive proiettate). Parte II – Laboratorio: Attività pratiche in laboratorio, in piccoli gruppi, precedute da una presentazione teorica dei principi fisici e delle modalità sperimentali. Alcune attività si svolgeranno nei laboratori didattici e di ricerca della docente, favorendo l’interazione con il mondo della ricerca attiva.

Verifica Apprendimento

L’esame prevede la stesura di una relazione di laboratorio su una delle esperienze di laboratorio affrontate durante il corso. A tal fine verrà fornito come riferimento dalla docente uno schema di relazione. La presentazione della relazione è condizione necessaria per avere accesso all’esame orale, che verterà su entrambe le parti del corso. Modalità di svolgimento: Discussione di uno o più argomenti teorici trattati nel corso, seguita dall’analisi dell’esperienza di laboratorio presentata nella relazione. Potranno essere richieste dimostrazioni di risultati fondamentali, risoluzione di esercizi rappresentativi e commenti critici ai fenomeni osservati sperimentalmente. Parametri di valutazione: - Accuratezza formale nella descrizione matematica dei fenomeni; - Capacità di collegare teoria ed esperimento; - Chiarezza espositiva e padronanza del linguaggio scientifico. Per l’eccellenza lo studente dovrà mostrare padronanza completa degli argomenti, capacità di elaborazione autonoma, chiarezza espositiva e maturità critica, anche nella discussione dei paradossi, degli aspetti concettuali delle teorie moderne e delle esperienze di laboratorio. Il voto finale è espresso in trentesimi.

Contenuti

Parte I – Teoria (Prof. Cacciapuoti) - Introduzione alla Relatività Ristretta: equazioni di Maxwell, postulati, trasformazioni di Lorentz, simultaneità, dilatazione dei tempi, contrazione delle lunghezze, dinamica relativistica; - Meccanica Quantistica: la crisi della teoria classica, motivazioni storiche e sperimentali (radiazione del corpo nero, esperimento della doppia fenditura, effetto fotoelettrico); formalismo matematico (spazi di Hilbert, operatori, osservabili, equazione di Schrödinger); concetto di misura; evoluzione temporale; stati quantistici e principio di sovrapposizione; - Discussione di paradossi e implicazioni concettuali (dualismo onda-particella, principio di indeterminazione, paradosso EPR, entaglement). Parte II – Laboratorio (Prof.ssa Allevi) - Esperimenti base di ottica per l’insegnamento scolastico: riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione; - Esperimenti fondamentali della fisica moderna (ad es. effetto fotoelettrico, diffrazione degli elettroni, polarizzazione); - Introduzione alla strumentazione di laboratorio avanzata; - Attività nei laboratori di Ottica Quantistica della docente: generazione e caratterizzazione di stati quantistici della luce, esperimenti su stati entangled.