Interazione fra materia e radiazione

Riassunto

Dopo aver provveduto nei capitoli precedenti a dare una descrizione quantistica del campo di radiazione nel vuoto (Cap. 4) e dei sistemi atomici isolati (Cap. 5–9), ci proponiamo adesso di passare a descrivere la loro mutua interazione, sviluppando dei metodi generali, anch’essi basati sulla meccanica quantistica, con i quali saremo capaci di trattare i molteplici fenomeni connessi con l’assor bimento, l’emissione e la diffusione della radiazione, tipici dei plasmi di laboratorio e dei plasmi astrofisici. L’insieme di tali metodi è oggi comunemente indicato col nome di Elettrodinamica Quantistica e rappresenta una delle realizzazioni più riuscite della fisica teorica, sia dal punto di vista della precisione dei risultati ottenuti che dell’eleganza del formalismo impiegato. In questo capitolo ne esporremo i concetti fondamentali e ci interesseremo delle sue applicazioni più semplici, trattando, come si dice, i fenomeni del primo ordine, ovvero i fenomeni che coinvolgono l’emissione e l’assorbimento di un solo fotone. Questo ci porterà a dedurre in maniera formale le equazioni di evoluzione delle popolazioni di un sistema atomico in presenza del campo di radiazione (equazioni dell’equilibrio statistico) e le equazioni di evoluzione del campo di radiazione in presenza di un sistema atomico (equazione del trasporto radiativo). I fenomeni più rilevanti del secondo ordine, nei quali sono coivolti due fotoni, saranno trattati nel Cap. 15.