Física (plan 2002) 2023-2

Optativas, Temas Selectos de Física Atómica y Molecular I

Temas Selectos de Física Atómica y Molecular I: Materia Ultrafría

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Horario: Martes y Jueves de 12h a 13h30

Lugar: Instituto de Física, salón 4 del posgrado (ingreso por el estacionamiento del instituto)

Para informes adicionales, favor de escribir a seman@fisica.unam.mx

Presentación: A temperaturas cercanas al cero absoluto, la materia puede formar estados cuánticos que preservan la coherencia incluso a escala macroscópica: los llamados fenómenos cuánticos macroscópicos. Tal es el caso de la superconductividad, en algunos materiales conductores, o la superfluidez, en el caso de algunos líquidos y gases. El estudio de estos fenómenos ha jugado un papel central en el desarrollo de la física contemporánea, siendo hasta el día de hoy un campo de investigación muy activo.

En este curso, exploraremos la física de los llamados “gases cuánticos”. Estudiaremos de manera detallada fenómenos como la condensación de Bose-Einstein, el gas degenerado de Fermi, así como distintas formas de superfluidez. Para ello, presentaremos la estructura teórica necesaria: la teoría cuántica de muchos cuerpos, el esquema de segunda cuantización, y la teoría cuántica de dispersión.

Requisitos mínimos: Haber cursado las materias Introducción a la Mecánica Cuántica y Matemáticas Avanzadas de la Física.

Evaluación: El curso se evaluará por medio de un proyecto escrito relacionado con los temas vistos en clase, el cual se entregará al final del curso.

Temario:

1. Conceptos básicos: ¿qué son los gases cuánticos?
2. El caso del gas ideal: gas degenerado de Fermi y condensación de Bose-Einstein.
3. Gases cuánticos con interacciones.
⠀ 3.1 Introducción a la teoría cuántica de muchos cuerpos.
⠀ 3.2 Interacciones entre partículas: teoría cuántica de la dispersión.
⠀ 3.3 La ecuación de Gross-Pitaevskii.
⠀ 3.4 Superfluidez.
⠀ 3.5 Excitaciones cuánticas macroscópicas.
⠀ 3.6 Superfluidos fermiónicos.

Bibliografía:

• C. Cohen-Tannoudji, B. Diu & F. Laloë. Quantum mechanics. Vols. 1 & 2, Wiley, 1993.
• L. E. Reichl. A Modern Course in Statistical Physics. 4th Edition, Wiley-Vch, 2016.
• C. Pethick & H. Smith. Bose–Einstein Condensation in Dilute Gases. Cambridge: Cambridge University Press, 2008.
• L. Pitaevskii & S. Stringari. Bose-Einstein Condensation and Superfluidity. Oxford: Oxford University Press, 2016.
• M. Inguscio, W. Ketterle & C. Salomon. Ultracold Fermi Gases. Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" (Book 164). IOS Press (2008).
• A. J. Leggett. Quantum liquids: Bose condensation and Cooper pairing in condensed-matter systems. Oxford: Oxford University Press, 2006.
• T. Giamarchi, A. Iucci & C. Berthod. Introduction to Many Body Physics. Lecture notes University of Geneva, 2008–2013.
• W. H. Dickhoff & D. Van Neck. Many-Body Theory Exposed! World Scientific Publishing Co., 2005.