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I
· Dmitrij Sivuchin
Corso di fisica generale
in s·volumi
Edizioni Estere Edizioni Mir
Dmitrij Sivuchin
Fisica atomica
volume V
parte prima
Edizioni Estere Edizioni Mir
Titoloorlpnale:D.V. Slvuchln Obsélj kunjlr.lkl,
tom V. Atomnaja I Jademaja ftzlka,
ast' 1, AtomnaJa flzlka
I edizione: 1989
Traduzione dal russo di Alexandr Machov
Revisione del testo italiano: Dott. L. Fenzi
© Nauka, Mosca, 1986
© Traduzione italiana. Edizioni Estere Edizioni Mir, 1989
INDICE
7 Prefazione
9 Capitolo I. QUANTI DI LUCE
§ 1. Energia ed impulso del quanto di luce (9). § 2. Effetto fotoelettrico
(14). § 3. Effetto Compton (28). § 4. Applicazione della teoria fotonica
all'effetto Doppler prodotto dal moto di una sorgente di luce nel vuoto
(37). § !I. Riflession~ e rifrazione della luce nella teoria fotonica. Fotoni in
un meu.o (41). § 6. Radiazione di Vavilov-Cerenkov. Effetto Doppler pro
dotto dal moto di una sorgente di luce in un meu.o (4!1). § 7. Fotoni in un
campo gravitazionale (48). § 8. Alcune esperienze che rivelano le proprietà
corpuscolari della luce (SI).
!16 Capitolo II. STRUTIURA, LIVELLI ENERGETICI E SPETTRI DELL'ATOMO
§ 9. Modello nucleare di atomo ed esperienze di Rutherford (!16). § 10. De
terminazione della carica nucleare mediante diffusione di raggi X (6!1).
§ 11. Leggi spettrali (68). § 12. Postulati di Bohr (72). § 13. Spettro
dell'idrogeno (7!1). § 14. Conferma sperimentale dei postulati di Bohr (87).
§ l!I. Emissione di risonanza e luminescenza (94). § 16. Insufficienze di
principio della teoria di Bohr (98).
101 Capitolo III. PROPRIETÀ ONDULATORIE DELLE PARTICELLE
§ 17. Ipotesi di De Broglie (101). § 18. Conferme sperimentali dell'ipotesi
di De Broglie (108). § 19. Interpretazione statistica delle onde di De Broglie
e della funzione d'onda (120). § 20. Relazioni di indeterminazione (128).
139 Capitolo IV. EQUAZIONE DI SCHRODINGER. QUANTIZZAZIONE
§ 21. F.quazione di Schr<ldinger (139). § 22. F.quazione di SchrOdinger e
quantizzazione (144). § 23. Oscillatore armonico (1!10). § 24. Buche di po- .
tenziale rettangolari unidimensionali (1!14). § 2!1. Quantizzazione in un
campo di forza a simmetria sferica (160). § 26. Sistema di due particelle in
teragenti (163). § 27. Quantizzazione dell'atomo idrogenoide avente sim
metria sferica (166). § 28. Barriere di potenziale (171). § 29. Interpretazione
della differenza di potenziale di contatto. Emissione fredda di elettroni dai
metalli (183).
188 Capitolo V. NUOVE ELABORAZIONI DELLA MECCANICA QUANTISTICA.
SPETTRI ATOMICI
§ 30. Metodo degli operatori (188). § 31. Momento della quantità di moto
di una particella (198). § 32. Somma di momenti angolari (208).
s
§ 33. Quantizzazione dell'atomo d'idrogeno nel caso generale (213). § 34.
Livelli energetici e serie spettrali dei metalli alcalini (217). § 35. Magneti
smo atomico (226). § 36. Esperienze di Stem e Gerlach. Spin dell'elettrone
(231). § 37. Effetto Sadovskij e spin del fotone (237). § 38. I quattro nume
ri quantici dell'elettrone e la struttura fine dei termini spettrali (247). § 39.
Regole di selezione per emissione o assorbimento della luce (255). § 40.
Struttura fine delle righe spettrali dell'idrogeno e dei metalli alcalini (260).
§ 41. Effetto Zeeman normale e anomalo (264). § 42. Risonanza magnetica
(273). § 43. Effetto Stark (283). § 44. Lamb-shift dei livelli degli elettroni
atomici (289). § 45. Vuoto fisico ed interpretazione del Lamb-shift (292).
296 Capitolo VI. SISTEMI ATOMICI A PIÙ ELETTRONI
§. 46. Principio di indistinguibilità di particelle uguali. Principio di Pauli
(296). § 47. Interpretazione del sistema periodico degli elementi di
O.I. Mendeleev (302). § 48. Raggi X (312). § 49. Atomo d'elio (326).
§ SO. Legame chimico. Molecola d'idrogeno (336). § 51. Paraidrogeno ed
ortoidrogeno (l4\4). § 52. Forze molecolari (347).
352 Capitolo VII. FENOMENI QUANTISTICI MACROSCOPICI
§ 53. Stati possibili di una particella contenuta in un volume limitato (352).
§ 54. Teoria di Debye del calore specifico dei solidi (354). § SS. Tipi di lega
me degli atomi nei solidi (361). § 56. Vibrazioni degli atomi in una catena
rettilinea unidimensionale (364). § 57. Fononi e quasi-particelle (372). § 58.
Bande energetiche nei corpi solidi (381). § 59. Strujtura a bande e onde di
Bloch (387). § 60. Superfluidità. Fatti sperimentali (398). § 61. Nozioni di
teoria della superfluidità (409). § 62. Elementi di teoria della supercondut
tività (417).
422 INDICE DEI NOMI
429 INDICE ANALITICO
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PREFAZIONE
Se vogliamo spiegare i fenomeni della fisica atomica e, più in generale,
le leggi del microcosmo, i concetti della Meccanica Quantistica diventano
indispensabili. Per questa ragione l'autore ha ritenuto opportuno, anzi ne
cessario, introdurre i concetti fondamentali della meccanica quantistica,
per quanto ciò è possibile nel quadro di un corso di Fisica generale.
L'esposizione si basa soprattutto sui fatti sperimentali, poiché solo in
questo modo viene chiaramente dimostrato come sia inevitabile adottare le
concezioni quantistiche. Questo metodo presenta anche il vantaggio di aiu
tare lo s_tudente ad impossessarsi dello schema logico e ad avvicinarsi
all'apparato matematico formale della meccanica quantistica, di cui trove
rà lo sviluppo sistematico nei corsi di Fisica teorica.
È quindi chiaro che verranno affrontati quantitativamente solo proble
mi semplici, mentre in generale la maggioranza delle questioni verrà tratta
ta solo qualitativamente, sulla base di principi generali.
In questo volume non ci limiteremo ai fenomeni che avvengono negli
strati elettronici degli atomi e delle molecole. Seguendo il percorso indicato
dall'evoluzione storica, verrà dapprima introdotto il concetto di fotone e
saranno quindi esaminati i fenomeni ottici legati a questo concetto. Si pro
seguirà entrando nel vivo della fisica atomica propriamente detta studian
do i fenomeni determinati dai gusci elettronici degli atomi. Verranno infine
esaminati alcuni fenomeni quantici che presentano notevoli conseguenze a
livello macroscopico: la superfluidità, la superconduttività, ecc., ecc.
Come i precedenti volumi, anche questo è una versione completata delle
lezioni tenute per molti anni dall'autore agli studenti dell'Istituto di Fisica
Tecnica di Mosca.
La seconda parte di questo volume avrebbe dovuto contenere una parte
dedicata alla Fisica nucleare, tuttavia poiché il lavoro di stesura è ancora in
corso, si è ritenuto più opportuno dedicare alla Fisica nucleare un volume a
parte. Anche in questa quinta parte viene utilizzata la forma gaussiana del
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sistema di unità CGS, tuttavia viene introdotta un 'unità di energia fuori si
stema, ma ormai universalmente usata: l'elettronvolt (eV) ed i suoi multipli
(keV, MeV, GeV, TeV). Non utilizzeremo il sistema internazionale SI, in
quanto l'introduzione artificiosa ed inutile di costanti elettriche e magneti
che del vuoto rende questo sistema poco utilizzabile in Fisica.
D. V. Sivuchin
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