PLASMA SPECTROSCOPY

Il corso tratta gli elementi di fisica atomica e i processi alla base dell'interazione radiazione materia che sono necessari per la determinazione delle proprietà dei plasmi sulla base della spettroscopia ad alta rissoluzione. Saranno considerati sia plasmi di laboratorio che astrofisici. Applicazioni e soluzioni numeriche della spettroscopia di plasmi saranno presentate nel corso Laboratory Astrophysics II.

Obiettivo del corso é contribuire a: Trasformare conoscenze teoriche in applicazioni finalizzate alla misura di parametri fisici. Rafforzare la comprensione dell’interconnessioni tra aspetti teorici e sperimentali/osservativi. Sviluppare la capacità critica nell'analisi e nell'interpretazione dei risultati scientifici sia osservativi che sperimentali. Sviluppare la capacità di valutazione dei risultati attraverso il confronto con quanto riportato nella letteratura. Sviluppare il linguaggio necessario alla comunicazione degli argomenti oggetto del presente corso. Rafforzare la capacità di relazionare sulle attività svolte sia oralmente che per iscritto.

L’insegnamento verrà svolto mediante lezioni frontali.

Conoscenze di base della teoria quantistica della materia.

Di norma obbligatoria.

Promemoria, nomenclatura e convenzioni: Spettro della radiazione elettromagnetica. Polarizzazione. Proprietà dei parametri di Stokes. Quantizzazione del campo elettromagnetico. Equazione di Dirac di particelle libere. Equazione di Schrödinger. Metodo matriciale. Processi radiativi nei plasmi.

Spettroscopia Atomica: Spettro dell’atomo di idrogeno. Spettro di metalli alcalini. Spettro di atomi con più elettroni di valenza. Energie dei Termini.

Leggi di Equilibrio Termodinamico: I principi della statistica. La distribuzione Maxwelliana delle velocità. La legge di Saha-Boltzmann.

Interazione fra Radiazione e Materia: Hamiltoniana d’interazione. Equazioni dell’equilibrio statistico. Coefficienti di Einstein. Equazione del trasporto radiativo. Coefficienti di assorbimento e di emissione. Regole di selezione. Transizioni proibite e semi-proibite. Intensità delle righe spettrali.

Plasmi in condizioni di non-equilibrio: Temperatura cinetica degli elettroni. Processi Collisionali. Ricombinazione dielettronica e auto-ionizzazione. Scambio di carica.

Trasporto Radiativo: Soluzione formale. Lo spettro continuo e righe spettrali in equilibrio termodinamico. Righe spettrali in condizioni di non equilibrio. Polarizzazione dei livelli atomici. Trasporto radiativo in luce polarizzata. Polarizzazione delle righe spettrali.

Plasmi Astrofisici: Atmosfere Stellari: Modelli in Equilibrio Termodinamico. Soluzione dell’equazione del trasporto radiativo. Spettri stellari. Righe proibite in oggetti astronomici.

Diagnostica dei Plasmi di Laboratorio: Misura di densità e temperatura della componente elettronica e ionica.

Gray D.F., The observation and analysis of stellar spectra – Cambridge Astrophysics Series

Kunze, H.-J., Introduction to Plasma Spectroscopy - Springer Series

Landi Degl'Innocenti E. - Atomic Spectroscopy and Radiative Process - Springer Series

Landi Degl'Innocenti E., Landolfi M. - Polarization in Spectral Lines - Kluwer Academic Publishers

Mihalas D., - Stellar Atmospheres. - San Francisco: W. H. Freeman & Company

La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale su tutti gli argomenti del programma. Attraverso domande relative a punti qualificanti del programma si tende ad accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma.

Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione di un argomento trattato nel programma anche utilizzando dispositivi multimediali, quali una presentazione ppt.

Nota: La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

DATE D'ESAME

Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Magistrale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami

PROVE IN ITINERE

Non previste.

• Intensità delle righe spettrali nell'approssimazione di dipolo
• Struttura di una atmosfera stellare
• Misura spettroscopica della densità elettronica
• L'equazioni dell'equilibrio statistico
• Processi collisionali e profilo delle righe spettrali
• Profilo delle righe negli spettri stellari
• Righe proibite in oggetti astronomici.
• Processi alla base della polarizzazione dei livelli atomici