Obiettivi Formativi

Approfondire le conoscenze su: Liquidi permanenti (3He e 4He); la superfluidità ed il modello a due fluidi; il secondo suono; le eccitazioni elementari nell’elio superfluido: fotoni e rotoni. Superconducibilità e la teoria BCS; l’effetto Meissner; l’equazione di London; la lunghezza di coerenza; le correnti persistenti; la quantizzazione del flusso magnetico; l’effetto Josephson; i superconduttore ad alta Tc

Metodi didattici

Lezioni frontali con esercitazioni

Prerequisiti

Conoscenze di Meccanica Statistica e Fisica dello Stato Solido.

Verifiche dell'apprendimento

Colloquio orale finale

Programma del Corso

La terza legge della termodinamica. La distribuzione di Boltzmann. Entropia e disordine. La funzione di partizione. L’entropia di un gas perfetto. L’entropia di sistemi di spin e degenerazione. L’entropia di rotazione molecolare. Calore specifico e lo zero assoluto. La superconducibilità. L’energia di punto zero. I liquidi permanenti: l’3He e l’4He. L’entropia dei gas. I vetri e la terza legge. La terza legge e l’impossibilità di raggiungere lo zero assoluto. Temperature negative. Entropia a basse temperature. Proprietà fisiche dell’4He liquido. I liquidi permanenti e principali caratteristiche dell’4He liquido. Il modello a due fluidi (HeI e HeII). Equazioni del moto. L’effetto termomeccanico o effetto fontana. Il secondo suono. Il flusso viscoso e l’esperimento di Andronikashvili. Il trasporto di calore. Le eccitazioni elementari nell’HeII: fononi e rotoni. La relazione di dispersione: eccitazioni elementari e proprietà termiche. La teoria cinetica delle eccitazioni. Interazioni fra le eccitazioni. L’assorbimento e l’emissione di eccitazioni. L’equazione di Boltzmann e le equazioni del moto per le eccitazioni. La propagazione del primo e del secondo suono nell’HeII. La transizione Lambda. Proprietà fisiche dell’3He liquido. Il calore specifico e la suscettività. I coefficienti di trasporto. Il gas perfetto di Fermi e l’3He liquido. Il modello di Landau di un liquido di Fermi. La funzione di distribuzione. La funzione di interazione. Il suono zero. La teoria atomica dell’3He liquido. La curva di fusione. Soluzioni diluite di 3He in 4He superfluido. La superfluidità dell’3He. La teoria microscopica della superfluidità dell’3He. La Superconduttività. Principali caratteristiche dei superconduttori. Effetto Meissner. La capacità termica e il gap di energia. Proprietà alle microonde e all’infrarosso. Effetto isotopico. Termodinamica della transizione superconducente. Equazione di London. La teoria BCS. Quantizzazione del flusso in un anello superconducente. Superconduttori di tipo II. Stato di vortice. Effetto Josephson. Interferenza quantistica macroscopica.