B015858 - INTRODUZIONE ALLA FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE

Italiano

Fisica nucleare: Massa e dimensioni del nucleo. Proprietà statiche dei nuclei.
L'energia di legame nel nucleo. Modello a goccia liquida del nucleo. Modello a gas di Fermi. Il deutone. Decadimento radioattivo. Decadimento alfa.

Fisica subnucleare:
I leptoni e l’interazione debole
I quarks e gli adroni
Parità e coniugazione di carica
Il modello a quark degli adroni
Le interazioni deboli di quarks e leptoni
La Fisica a LEP

K.S. Krane
Introductory Nuclear Physics
WILEY 1988

B.R. Martin e G. Shaw, Particle Physics, Fourth Edition, Wiley

S. Braibant, G. Giacomelli e M. Spurio, Particelle e interazioni fondamentali, 2^ edizione, Springer

Conoscenze: concetti base di Fisica sub-atomica e della relativa fenomenologia

Competenze acquisite: semplici modelli fisici applicabili alla fisica sub-atomica e comprensione della fenomenologia fondamentale

Capacità acquisite al termine del corso: utilizzo delle tecniche base di Meccanica Quantistica per la descrizione quantitativa di alcuni semplici casi di studio di fisica sub-atomica

Corsi vincolanti: Analisi matematica II, Meccanica analitica, Fisica II
Corsi raccomandati: tutti i corsi che precedono questo nell'ordinamento

CFU: 6
Numero di ore totali del corso (includono lo studio personale):
140.

Orario di ricevimento: dopo la lezione e per appuntamento per e-mail.

Sito web: sulla piattaforma Moodle di Unifi
https://e-l.unifi.it/

Esame orale della durata di circa un'ora. Allo studente sarà richiesto di esporre e discutere un argomento per la parte nucleare
ed uno per la parte subnucleare del programma. Domande più specifiche potrebbero essere poste durante l'esposizione degli argomenti per me
glio determinare il livello di comprensione da parte dello studente.
Lo studente dovrà utilizzare un linguaggio appropriato dimostrando la comprensione dei processi fisici principali ed illustrando come le assunzioni
di partenza determinino i risultati finali. Verrà anche verificata la comprensione, da parte dello studente, di come i dati sperimentali portino
alla formulazione dei modelli fisici presentati a lezione e di come questi ultimi portino a prevedere i risultati di ulteriori osservazioni.

Fisica nucleare: carta dei nuclidi e valle di stabilità. Massa del nucleo ed energia di legame. Decadimenti nucleari: Q-valore.

Raggio di carica del nucleo: diffusione di elettroni, modello a densità di carica uniforme, spostamento isotopico, nuclei specchio.
Raggio di massa del nucleo: diffusione Rutherford anomala.
Proprietà statiche del nucleo: momento angolare, momenti elettromagnetici, energie di eccitazione.
Spettroscopia di massa del nucleo e sistematica delle energie di legame: spettrometri di massa, determinazione delle masse da reazioni nucleari, formula semi-empirica delle masse. Modello a goccia liquida del nucleo. Modello a gas di Fermi.
Il deutone e l'interazione nucleone-nucleone: caratteristiche del deutone, semplice modello quantistico, funzione d'onda dello stato fondamentale e proprietà elettromagnetiche.
Legge del decadimento radioattivo e sue applicazioni: produzione di isotopi radioattivi e datazione della crosta terrestre.
Il decadimento alfa: fenomenologia ed energetica, legge di Geiger-Nuttal, semplice modello basato sull'effetto tunnel.

Fisica subnucleare:
Concetti fondamentali
Unità naturali.
Fermioni e bosoni elementari e descrizione fenomenologica delle loro interazioni.
La scoperta del positrone.
Introduzione ai diagrammi di Feynman, processi virtuali e processi reali.
Range delle interazioni.
La costante di Fermi e la costante di accoppiamento per le interazioni deboli.
Concetto di sezione d'urto in esperimenti a targhetta fissa e ai collisionatori.

I leptoni e l’interazione debole
Le interazioni deboli dei leptoni.
Conservazione del numero leptonico.
Decadimenti del muone e del tau.
Rivelazione diretta degli antineutrini elettronici con l'esperimento di Reines e Cowan.
Universalità delle interazioni deboli.

I quarks e gli adroni
La composizione in quark degli adroni: i mesoni e i barioni.
Numeri quantici conservati dalle interazioni forti.
Particelle strane, produzione associata e loro decadimenti forti e deboli.
Scoperta di nuove particelle con il metodo della massa invariante e con la ricerca di risonanze nella sezione d’urto.

Parità e coniugazione di carica
Classificazione spettroscopica degli adroni.
Parità intrinseca di una particella.
Parità di una coppia di particelle in uno stato di momento angolare definito.
Parità di particella e antiparticella e annichilazione del positronio.
Parità dei mesoni e dei barioni nel modello a quark.
Parità dei pioni carichi.
Coniugazione di carica e C-parità.
Conservazione della C partità in interazioni elettromagnetiche e forti.
Violazione di C e P nelle interazioni deboli di neutrini.
Decadimenti del K0L in stati a due e tre pioni.
Non conservazione della simmetria CP da parte delle interazioni deboli.

Il modello a quark degli adroni
Introduzione al modello a quark degli adroni.
Isospin forte e ipercarica.
Classificazione dei possibili stati barionici.
Predizione degli adroni leggeri con il modello a quark: i nonetti mesonici, l'ottetto e il decupletto barionico.
Prima evidenza del colore.

Le interazioni deboli di quarks e leptoni
Simmetria quarks-leptoni nelle interazioni deboli.
Mixing dei quarks e angolo di Cabibbo.
Matrice CKM.
Misure degli elementi della matrice CKM con i decadimenti degli adroni e con i decadimenti del bosone W.
Il quark top.
La scoperta delle correnti deboli neutre e loro interpretazione teorica.
Meccanismo GIM.
Il bosone Z0 e le sue proprietà.

La Fisica a LEP
Collisioni elettrone-positrone.
Eventi a due jet e proprietà dei quarks.
Eventi a tre jet e proprietà dei gluoni.
Il rapporto R e il numero di colori.
Sezione d’urto di Breit Wigner.
Fisica della Z0 a LEP e misure elettrodeboli di precisione.
Larghezza invisibile e numero di famiglie di neutrini.