La fisica moderna comprende i progressi rivoluzionari nella fisica emersa alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo, alterando fondamentalmente la nostra comprensione dell'universo. Si rompe in vari rami, ognuno incentrato su aspetti specifici:
1. Meccanica quantistica:
* Definizione: La meccanica quantistica si occupa delle proprietà fisiche della natura sulla scala degli atomi e delle particelle subatomiche. Esplora la dualità della particella d'onda della materia, i livelli quantizzati di energia e la natura probabilistica dei fenomeni quantistici.
* Concetti chiave: Stati quantici, funzioni d'onda, operatori, principio di incertezza di Heisenberg, entanglement quantico, tunneling quantistico.
* Applicazioni: Laser, transistor, energia nucleare, imaging medico (MRI, scansioni PET).
2. Relatività:
* Definizione: La teoria della relatività, sviluppata da Albert Einstein, ha rivoluzionato la nostra comprensione di spazio, tempo, gravità e universo. Comprende sia una relatività speciale, che si occupa di velocità costante e della relatività generale, comprendendo gravità e frame accelerato.
* Concetti chiave: Relatività speciale:dilatazione del tempo, contrazione di lunghezza, equivalenza di energia di massa (E =MC²). Relatività generale:lente gravitazionale, buchi neri, curvatura dello spaziotempo.
* Applicazioni: Sistemi GPS, comprensione dell'evoluzione dell'universo, studiare i buchi neri.
3. Fisica nucleare:
* Definizione: La fisica nucleare studia la struttura, le proprietà e le interazioni dei nuclei atomici. Indaga il decadimento radioattivo, la fissione nucleare e la fusione e le proprietà delle forze nucleari.
* Concetti chiave: Nucleoni (protoni e neutroni), forte forza nucleare, isotopi radioattivi, reazioni nucleari.
* Applicazioni: Potenza nucleare, trattamenti medici (radioterapia), appuntamenti radioattivi, armi nucleari.
4. Fisica delle particelle (fisica ad alta energia):
* Definizione: La fisica delle particelle esplora i blocchi fondamentali della materia e le forze che regolano le loro interazioni. Studia particelle elementari come quark, leptoni e bosoni.
* Concetti chiave: Modello standard di fisica delle particelle, quark, leptoni, bosoni calibro, bosone di Higgs.
* Applicazioni: Sviluppo di nuovi materiali, acceleratori di particelle avanzate, esplorare le origini dell'universo.
5. Fisica della materia condensata:
* Definizione: La fisica della materia condensata studia il comportamento collettivo di un gran numero di atomi e molecole in solidi, liquidi e plasmi. Si concentra su proprietà come conducibilità, magnetismo e superfluidità.
* Concetti chiave: Struttura cristallina, fononi, condensa di Bose-Einstein, superconduttività, magnetismo.
* Applicazioni: Semiconduttori, transistor, superconduttori, laser, dispositivi di conservazione magnetica.
6. Fisica astroparticella:
* Definizione: La fisica astroparticella combina la fisica delle particelle e l'astrofisica per studiare l'universo alle più alte energie ed esplorare raggi cosmici, materia oscura e neutrini.
* Concetti chiave: Raggi cosmici, materia oscura, neutrini, onde gravitazionali, radiazioni di sfondo a microonde cosmico.
* Applicazioni: Comprendere l'universo precoce, la ricerca di materia oscura e altre particelle esotiche.
7. Fisica atomica:
* Definizione: La fisica atomica si concentra sulla struttura, le proprietà e le interazioni degli atomi. Indaga la disposizione degli elettroni negli atomi, i loro livelli di energia e le loro interazioni con le radiazioni elettromagnetiche.
* Concetti chiave: Spettri atomici, configurazione di elettroni, transizioni atomiche, laser.
* Applicazioni: Tecnologia laser, spettroscopia, orologi atomici.
8. Fisica al plasma:
* Definizione: La fisica del plasma studia le proprietà e il comportamento dei gas ionizzati (plasmi), che costituiscono la maggior parte dell'universo. Indaga fenomeni come confinamento magnetico, onde e instabilità.
* Concetti chiave: Onde plasmatiche, confinamento magnetico, instabilità al plasma, energia di fusione.
* Applicazioni: Energia di fusione, propulsione al plasma, tecnologie di illuminazione, produzione di semiconduttori.
Questo elenco fornisce una panoramica completa dei rami principali della fisica moderna. È importante notare che questi campi sono interconnessi e spesso si sovrappongono, contribuendo a una comprensione più profonda dell'universo e delle sue leggi.
