1) Conoscenza e capacità di comprensione

: Gli studenti dovranno acquisire familiarità con le basi teoriche e la fenomenologia di base della fisica atomica, e delle relative applicazioni pratiche. 2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: 

Gli studenti dovranno essere in grado di applicare i concetti appresi durante il corso ai moderni problemi in fisica atomica, molecolare e ottica. 3) Autonomia di giudizio: Gli studenti dovranno essere in grado di identificare e valutare le approssimazioni utilizzate nella descrizione degli effetti quantistici con atomi e molecole, e le condizioni richieste per la loro verifica sperimentale. 4) Abilità comunicative: Gli studenti dovranno essere in grado di illustrare le basi sperimentali della fisica atomica verbalmente e/o con illustrazioni. 5) Capacità di apprendimento: Al termine del corso, gli studenti dovranno aver sviluppato il know-how necessario per approfondire gli argomenti del corso leggendo articoli di ricerca in fisica atomica.

Conoscenza di meccanica quantistica (laurea triennale). Nozioni di base in ottica classica, fotonica e struttura della materia sono utili.

L’insegnamento intende fornire gli strumenti fondamentali per la comprensione dei fenomeni e delle tecniche sperimentali nel vasto campo della fisica atomica, molecolare e ottica (AMO physics), che rivestono un ruolo di crescente importanza nella moderna fisica della materia e nella scienza dell'informazione quantistica. Sfruttando il paradigma del sistema quantistico a due livelli, una parte consistente del corso è dedicata all’interazione radiazione-materia nei regimi semi-classico e quantistico, toccando importanti applicazioni come il laser cooling, la cavity QED e la generazione di stati entangled tra atomi e fotoni. Trattando la struttura di atomi e molecole con complessità gradualmente crescente, vengono affrontati gli aspetti essenziali delle tecniche di spettroscopia atomica e molecolare. La parte finale del corso è dedicata ad applicazioni moderne come gli orologi atomici, i reticoli ottici e le piattaforme sperimentali per il calcolo e la simulazione quantistica (digitale e analogica), affinché gli studenti acquisiscano le conoscenze necessarie a comprendere i recenti sviluppi di ricerca nel campo. Programma del corso: Ricette pratiche essenziali di meccanica quantistica, Sistemi quantistici a due livelli, Atomo a due livelli e sua interazione con un campo elettromagnetico monocromatico, Stati vestiti, Descrizione con vettore di Bloch, Effetto Stark ac e trappole di dipolo, Fourier-limited linewidth e allargamento di riga in potenza, Interferometria Ramsey e spin echo, Optical Bloch equations, Assorbimento di un campione atomico e allargamento Doppler, Forze radiative, Raffreddamento laser, Ripasso atomo di idrogeno e approssimazione di dipolo, Trappole di Paul, Struttura fine e iperfine, Atomo di elio, Atomi a molti elettroni, Molecole biatomiche, Orbitali molecolari nelle molecole biatomiche, Rotazione e vibrazione delle molecole, Risonatori ottici e modi di radiazione, Quantizzazione del campo di radiazione, Stati coerenti e stati squeezed, Rivelazione omodina, Interazioni atomo-luce quantizzata, Atomo in un risonatore ottico (modello di Jaynes-Cummings), Atomi di Rydberg, Oscillazioni di Rabi quantizzate e generazione di stati gatto di Schroedinger, Cenni sugli orologi atomici a reticolo ottico, Cenni sulla simulazione e sul calcolo quantistico con atomi neutri e ioni.

C. J. Foot, "Atomic Physics"; C. C. Gerry & P. L. Knight, "Introductory Quantum Optics"; D. Steck, "Quantum and Atom Optics"; W. Demtröder, "Atoms, Molecules and Photons".

Ricette pratiche essenziali di meccanica quantistica, Sistemi quantistici a due livelli, Atomo a due livelli e sua interazione con un campo elettromagnetico monocromatico (modello di Rabi), Stati vestiti, Descrizione con vettore di Bloch, Effetto Stark ac e trappole di dipolo, Adiabatic passage, Fourier-limited linewidth e allargamento di riga in potenza, Interferometria Ramsey e spin echo, Optical Bloch equations, Assorbimento di un campione atomico e allargamento Doppler, Forze radiative, Raffreddamento laser e melasse ottiche, Ripasso sull'atomo di idrogeno e approssimazione di dipolo, Trappole di Paul, Struttura fine e iperfine, Atomo di elio, Atomi a molti elettroni, Molecole biatomiche, Orbitali molecolari nelle molecole biatomiche, Rotazione e vibrazione delle molecole, Risonatori ottici e modi di radiazione, Quantizzazione del campo di radiazione, Stati coerenti e stati squeezed, Rivelazione omodina, Interazioni atomo-luce quantizzata, Atomo in un risonatore ottico (modello di Jaynes-Cummings), Atomi di Rydberg, Oscillazioni di Rabi quantizzate e generazione di stati gatto di Schroedinger, Cenni sugli orologi atomici a reticolo ottico, Cenni sulla simulazione e sul calcolo quantistico con atomi neutri e ioni.

Lezioni frontali alla lavagna con il possibile ausilio di slide. Agli studenti verranno assegnati durante il corso alcuni set di problemi da svolgere autonomamente, che saranno poi risolti e discussi durante le esercitazioni. Verrà inoltre proposta la lettura e discussione di articoli di ricerca su argomenti inerenti ai contenuti del corso.

Vedi sito Moodle del corso.

Per domande / richieste: francesco.scazza_at_units.it

Esame orale. Per superare l'esame lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito i concetti, i metodi e le applicazioni presentate durante il corso. Verrà richiesta la presentazione di un articolo di ricerca a scelta dello studente. Inoltre, per accedere all'esame è richiesta la consegna degli esercizi risolti (assegnati durante il corso).