Четких правил, как писать названия специальностей, нет. Мы рекомендуем писать названия специальностей в кавычках с маленькой буквы: диплом по специальности "физика твердых тел".
Название дисциплины физика в кавычки заключать не нужно. Чтобы понять, необходимо ли двоеточие, нужно видеть все предложение.
Не в официальных текстах верно написание со строчной буквы: патриарх.