Introduzione storica alla fisica dei gas quantistici. Degenerazione quantistica bosonica e fermionica. Teoria ed esperimenti sulla superfluidità dei gas quantisitici. Gas in reticoli periodici: come simulare la conduzione degli elettroni nei solidi. Transizione superfluido-isolante di Mott. Localizzazione per un onda di materia in un potenziale disordinato. Simulazione di fasi magnetiche. Gas dipolari. Creazione di stati entangled per metrologia quantistica in orologi e interferometri atomici
Proceedings of the International School of Enrico Fermi CXL, "Bose Einstein Condensation in Atomic Gases ", Società Italiana di Fisica, 1999.
Proceedings of the International School of Enrico Fermi CXL, "Ultra-cold Fermi gases", Società Italiana di Fisica, 2007.
K. Huang, "Statistical Mechanics", John Wiley & Sons, 1987.
C. J. Pethick & H. Smith, "Bose-Einstein Condensation in Dilute Gases", Cambridge University Press, 2002.
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
Proprietà dei gas quantistici degeneri e loro utilizzo nella simulazione quantistica di fenomeni tipici della fisica dello stato condensato: conduzione, superfluidità, magnetismo, transizioni di fase. Apprendimento dei concetti fondamentali alla base della metrologia quantisitica con atomi freddi in orologi ed interferometri atomici.
Capacità acquisite al termine del corso:
Capacità di applicare le conoscenze teoriche alla comprensione di lavori scientifici sperimentali. Capacità di ideare metodi sperimentali di analisi su campioni di atomi ultra-freddi. Abilità di semplificare la descrizione di un fenomeno quantistico.
Prerequisiti
Corsi consigliati: Gas ultra-freddi, Fisica della Materia
Metodi Didattici
CFU: 6
Numero di ore totali del corso: 48
Numero di ore per prove in itinere: nessuna
Altre Informazioni
Ricevimento: su appuntamento.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame consiste in una prova orale in cui lo studente deve riassumere il contenuto di articoli scientifici selezionati nell'ambito della fisica dei gas quantistici. Dalla prova sarà verificata la capacità dello studente di aver appreso i concetti teorici e le metodologie sperimenetali principali descritte durante il corso. Inoltre sarà verificata la sua capacità di presentare uno specifico esperimento o lavoro teorico in modo sintetico e comprensibile.
Programma del corso
Introduzione storica alla fisica dei gas quantistici: dall'elio liquido ai gas atomici ultra-freddi.
Gas degeneri bosonici e fermionici in un potenziale armonico. Condensazione di Bose Einstein. Spettro di eccitazione di un gas degenere. Degenerazione fermionica e teoria BCS per la superfluidità fermionica. Esperimenti sulla superfluidità dei gas quantisitici.
La giunzione Josephson con atomi ultra-freddi.
Gas in dimensinalità ridotte. 1Dimensione: Tonks-Girardeau gas, fermionizzazione dei bosoni a causa delle interazioni. 2Dimensioni: Transizione BKT.
Gas in potenziali reticolari. Modello di Bose Hubbard. Transizione di fase da superfluido ad isolante di Mott. Modello di Hubbard fermionico: come simulare la conduzione degli elettroni nei solidi mediante gas ultra-freddi. Modello di Anderson e fenomeno della localizazione per un onda di materia in un potenziale disordinato.
Magnetismo. Come simulare fasi magnetiche dello stato condensato mediante atomi freddi. Campi magnetici intensi mediante campi di gauge sintetici. Fasi topologiche della materia. Gas dipolari con interazione anisotropa e a lungo range.
Creazione di stati entangled per metrologia quantistica in orologi e interferometri atomici. N atomi in due modi con interazione repulsiva ed attrattiva: dagli stati di Fock alla creazione di gatti di Schroedinger.