Ottica e spettroscopia ultraveloci in chimica fisica

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Titolo originale:

Ultrafast Optics and Spectroscopy in Physical Chemistry

Contenuto del libro:

La spettroscopia ultraveloce è una tecnica spettroscopica avanzata che ci permette di catturare eventi (per lo più microscopici) in una scala temporale molto rapida (che va dai nanosecondi (10-9 sec) agli attosecondi (10-18 sec)). L'introduzione di questa tecnica spettroscopica nella chimica è avvenuta con una risoluzione di microsecondi intorno al 1950 con lo sviluppo della fotolisi flash da parte di Norrish e Porter (R G W Norrish e G Porter, Nature, 164, 658 (1949); Discuss. Faraday Soc. 17, 40 (1954). Essi studiarono per la prima volta la dinamica delle reazioni chimiche nel dominio del tempo. In seguito, grazie ai progressi compiuti con i laser ultraveloci, la risoluzione temporale è migliorata continuamente nel corso degli anni, raggiungendo il “picosecondo” nel 1980, il “femtosecondo” nel 1990 e l'“attosecondo” nel 2000. Il campo è in continua maturazione e ha ottenuto due volte il premio Nobel per la chimica: il primo è stato assegnato a M Eigen, R G W Norrish e G Porter, mentre il secondo è stato assegnato a A Zewail. Ciò evidenzia il ruolo significativo della spettroscopia ultraveloce nello studio della dinamica chimica (più in generale nella chimica fisica).

La spettroscopia ultraveloce è un argomento vasto ed esaustivo e forse tutti coloro che lavorano nel campo della spettroscopia ultraveloce concordano sul fatto che è difficile introdurre questo argomento a un nuovo studente, in particolare con un background di chimica fisica (o chimica) (istruzione ottenuta a livello di laurea o master in India). In generale, il linguaggio della spettroscopia ultraveloce e dell'ottica correlata non fa parte della formazione in chimica in India. Gli studenti con una formazione accademica in fisica e ingegneria elettrica sono molto più adatti a questo scopo. Tuttavia, i chimici fisici devono misurare le proprietà fisiche e monitorare le dinamiche di diversi processi fisici e chimici utilizzando abitualmente tecniche di spettroscopia ultraveloce. Inoltre, i chimici fisici devono ragionare intellettualmente su una nuova tecnica ultraveloce per monitorare una nuova dinamica di un sistema chimico. Ciò comporta un problema, in particolare quando si tratta di educare gli studenti di chimica (indiani) al laboratorio di spettroscopia ultrarapida. Purtroppo, non è disponibile un unico libro di testo che sia adatto a uno studente di chimica alle prime armi con questo campo.

Rendendomi conto di questa necessità, nella sessione di gennaio del 2014 ho offerto un corso di ottica e spettroscopia ultraveloce agli studenti di dottorato integrati e regolari dell'Indian Institute of Science e l'accoglienza favorevole al corso da parte degli studenti di diversi dipartimenti, tra cui Fisica, Centro di nanoscienza e ingegneria e Chimica fisica, ha confermato l'esistenza di questa necessità, non solo in chimica fisica ma anche in altre discipline correlate.

L'obiettivo primario di questo libro di testo è che qualsiasi studente (principiante), anche se non ha mai sentito parlare di questo argomento, sia in grado di imparare che cos'è la spettroscopia ultraveloce, perché l'ottica legata a questo argomento richiede un'attenzione particolare, come utilizzare le idee di base dell'argomento in esperimenti di spettroscopia ultraveloce in laboratorio e come interpretare le osservazioni sperimentali, e così via. Inoltre, il libro dovrebbe essere studiato senza l'aiuto di un esperto del settore. Il livello di matematica è stato opportunamente selezionato nel libro, in modo che qualsiasi studente con conoscenze di base di algebra, differenziazione e integrazione possa affrontare comodamente il libro. Poiché i chimici tendono spesso a vedere l'immagine fisica di una formula matematica, sono incluse discussioni significative sul significato delle espressioni matematiche utilizzate nel testo.

Destinatari: Questo libro può essere utilizzato in qualsiasi corso introduttivo universitario di ottica, spettroscopia, chimica fisica sperimentale o fisica chimica, frequentato da studenti laureati e non laureati in scienze e ingegneria.