Fisica  3  (2013/14)  

Alessandro  De  Angelis  Univ.  Udine,  INFN/INAF  Trieste  &  LIP/IST  Lisboa  

Lezione  0  

Informazioni  sul  corso    h�p://www.fisica.uniud.it/~deangeli/corsi.html  

  Scopo:  Discutere  argomen�  speciali  di  ele�romagne�smo,  con  un  cenno  alla  visione  moderna.  Formulazione  covariante  delle  equazioni  di  Maxwell,  radiazioni  da  par�celle  accelerate,  propagazione  e  quan�zzazione  della  radiazione  ele�romagne�ca  

  Insegnante:  Alessandro  De  Angelis.  Ricevimento:  martedi’  16:30-­‐18:00  (o  scrivetemi  all’indirizzo  alessandro.deangelis@uniud.it  )  

  Capitano  del  corso:  Giovanni  Soldà    solda.giovanni@spes.uniud.it  

  Orario:  Lun  e  Mer  dalle  13:00;  Mar  dalle  12:40  

2  

Introducing  myself…    Professor  of  physics  at  the  University  of  Udine  and  at  IST  Lisboa,  I  am  Chairman  of  the  

MAGIC  gamma-­‐ray  telescope  in  La  Palma  (Canary  Islands),  and  member  of  the  collabora�on  managing  the  Fermi  gamma-­‐ray  satellite      

  Main  interests:  HE  par�cle  astrophysics  (in  par�cular  with  gamma  rays)  and  fundamental  physics  with  accelerators  

  Graduated  in  Padova  (bubble  chamber  physics),  post-­‐doc  (calibra�on  and  commissioning  of  a  calorimeter)  and  then  research  associate  and  staff  member  at  CERN  (1993-­‐1999)  –  Responsible  of  the  so�ware  for  physics  analysis  of  the  DELPHI  experiment  at  LEP.  Wrote  the  first  HEP  

paper  using  ar�ficial  Neural  Networks  

  Comeback  to  Italy  in  1999,  moving  to  gamma-­‐ray  astropar�cle  physics  (simula�on,  so�ware,  physics  analysis)  –  Fermi  satellite  (then  called  GLAST),  from  NASA  

–  MAGIC  telescope,  in  Canary  Islands.  Scien�fic  coordinator  from  2005  to  2007  

  Author  or  co-­‐author  of  more  than  600  scien�fic  publica�ons    Courses  lectured  during  the  recent  years:  Electricity  and  Magne�sm,  Quantum  Physics,  

Quantum  ChromoDynamics,  Astropar�cle  Physics,  Par�cle  Physics  

3  

Course  material    No  textbook  is  required,  as  a  photocopy  of  the  material  corresponding  to  the  

lectures  will  be  provided  by  the  teacher  to  the  responsible  of  the  class  or  sites  to  download  will  be  provided.  Useful  references  follow:  

5  

Evalua�on  

  Homework:  Students  will  be  divided  in  groups  of  2.  During  the  semester  sets  of  2  exercises  will  be  assigned  to  each  group;  the  solu�ons  will  be  discussed  in  the  class  ~1  week  later  (please  prepare  your  solu�ons  in  a  projectable  format,  ppt  or  pdf,  and  give  them  to  the  course  coordinator).  No  evalua�on,  but  mandatory  if  you  want  to  face  the  final  test.  

   Final  test:  2  hours,  free  answer  ques�ons  and  problems  (similar  to  the  

homeworks).  No  books  allowed  (just  one  a4  page).  

 Chance  to  do  the  final  test  on  January  7th  for  the  students  who  will  do  the  homework  

   Marks:  Final  test.  Possibility  of  an  oral  examina�on  if  requested  by  the  student.  

  A�er  the  final  test  of  Jan  7,  oral  examina�on  including  problems  during  normal  examina�on  seasons  (Feb/Jul/Sep/Feb).  

  6  

Clouds    At  the  end  of  the  XIX  Century,  physics  appeared  to  be  at  an  apex  

  William  Thomson  a.k.a.  Lord  Kelvin  (1824-­‐1907)  in  an  address  to  the  Bri�sh  Associa�on  for  the  Advancement  of  Science  in  1900,  said  

 “There  is  nothing  new  to  be  discovered  in  physics  now.  All  that  remains  is  more  and  more  precise  measurement.”  

  But  later  

 “The  beauty  and  clearness  of  the  dynamical  theory,  which  asserts  heat  and  light  to  be  modes  of  mo�on,  is  at  present  obscured  by  two  clouds.  The  first  came  into  existence  with  the  undulatory  theory  of  light,  and  was  dealt  with  by  Fresnel  and  Dr  Thomas  Young;  it  involved  the  ques�on,  How  could  the  Earth  move  through  an  elas�c  solid,  such  as  essen�ally  is  the  luminiferous  ether?”  

7  

A  cloud  shielding  light    Studies  on  electromagne�sm  mainly  by  Cavendish,  Coulomb,  

Ampere,  Faraday  lead  to  the  famous  book  “A  trea�se  on  electricity  and  magne�sm”  by  J.C.  Maxwell,  published  in  final  form  in  1873  

  The  electric  and  magne�c  fields  can  be  calculated  from  a  set  of  4  equa�ons,  which  in  vacuo  are  

  The  dynamical  effect  on  a  charge  is  F  =  q  (E  +  v  x  B)  

8  

Light    Maxwell’s  equa�on  imply  a  wave  propaga�on  in-­‐vacuo  of  

the  E,  B  fields:  

 (and  the  same  for  B),  with  the  speed  of  the  wave  given  by  (ε0µ0)-­‐1/2  

  Quo�ng  Maxwell,  “We  can  scarcely  avoid  the  conclusion  that  light  consists  in  the  transverse  undula�ons  of  the  same  medium  which  is  the  cause  of  electric  and  magne�c  phenomena”  

9  

A  complete  theory;  is  it  consistent?  

  Only  Einstein  realized,  30  years  later,  that  Maxwell’s  equa�ons  were  inconsistent  with  mechanics    The  argument  is  subtle,  and  related  to  the  exchange  of  reference  frames  

=>  Maxwell’s  equa�ons  were  defining  a  privileged  reference  frame  

10  

The  other  cloud  is  related  to  quan�za�on  

  The  spectra  of  light  emi�ed  by  hot  gases  were  discrete    Nothing  in  the  physics  known  at  that  �me  could  explain  such  a  behavior  

11