Il modulo si propone di presentare agli studenti i fondamenti concettuali e fenomenologici della fisica subnucleare ed una introduzione  alle conoscenze della fisica nucleare, che saranno approfondite nel secondo modulo. Verrà  posta particolare attenzione al punto di vista sperimentale. Verranno anche presentati in dettaglio alcuni degli esperimenti e delle tecniche sperimentali che hanno portato a scoperte fondamentali nel campo In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione

Al termine del corso gli studenti avranno sviluppato una capacità di ragionamento induttivo e deduttivo. Avranno acquisito le principali nozioni che stanno alla base della sperimentazione e fenomenologia che hanno portato alla scoperta delle particelle elementari, dei nuclei e delle loro interazioni a livello fondamentale. Conosceranno i fondamenti del Modello Standard della Fisica delle Particelle e quelli introduttivi della fisica del nucleo.

Capacità di applicare conoscenza:

Con le nozioni acquisite gli studenti saranno in grado di arricchire e approfondire la conoscenza degli argomenti trattati in insegnamenti più avanzati del loro percorso di studio.

Autonomia di giudizio:

Acquisizione della capacità di ragionamento critico

Abilità comunicative

Buone competenze degli strumenti per la gestione dell'informazione scientifica e le ricerche bibliografiche.

Capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati

Capacità di apprendimento

Capacità di saper aggiornare le proprie conoscenze attraverso la lettura di pubblicazioni scientifiche, in lingua italiana o inglese, nei vari campi delle discipline fisiche, anche non specificamente studiati durante il proprio percorso formativo.

Conoscenze indispensabili: Fisica Generale, Derivate, Integrali, Equazioni differenziali.

Come previsto dal regolamento didattico del CdS L30, all'esame di IFNS sono propedeutici quelli Analisi 1, Fisica 1 e Fisica 2.

•       Il concetto di particella e i suoi numeri quantici.
•         Fermioni e bosoni. Particelle e antiparticelle. Scoperta del positrone.
•        Forze ed interazioni tra particelle elementari. Tempi e raggi di azione caratteristici.
•       Ci nematica Relativistica, Massa Invariante.
•        Proprietà di scambio delle interazioni fondamentali. Forze di Yukawa. Scoperta del pione.                

•    Simmetrie continue e discrete, parità, simmetria cp. Numero leptonico e barionico, stranezza. Scoperta del neutrone. Scoperta del muone. Scoperta dell’antiprotone.

•         Il Modello a Quark

o   I mesoni e i barioni.  Classificazione in multipletti

o   Numeri quantici adronici: Barionico,  Isospin,  Stranezza,  Charmness, Bottomness, Topness

o   La scoperta della particella J/psi

o   Il colore e la sua conservazione; Libertà asintotica e confinamento. Polarizzazione del vuoto.

o   Risonanze adroniche. Charmonio e Bottomio.

o   e-e , e-p Deep Inelastic Scattering, Fattori di Forma, Funzione di Struttura

o   Jet

• Le interazioni deboli

o   Fenomenologia del decadimento beta

o   Scoperta del neutrino elettronico e del neutrino muonico.

o   Decadimento del pione, del muone, del Kaone.

o   Violazione della parità  nei decadimenti deboli. Esperimento di Wu. Esperimento di Garwin, Lederman, Weinrich. 

o   L’elicità del neutrino. Esperimento di Goldhaber.

o   La scoperta delle correnti neutre e dei bosoni vettori W e Z

o   Simmetria quark-leptone e mixing dei quark. 

o   Oscillazioni di Neutrini

o   Esperimento SuperKamiokande

·       Il nucleo atomico

o   Costituzione del nucleo. Massa. Forma. Dimensione. Difetto di massa ed energia di legame. Formula semiempirica delle masse   (Weisszacher). Considerazioni generali sulla instabilità nucleare. Instabilità nucleare rispetto all’emissione alfa, beta e fissione   spontanea. Nuclei alfa-emettitori naturali.

·       Decadimento radioattivo

o   Legge del decadimento radioattivo. Costante di decadimento l, tempo di dimezzamento T1/2, vita media t. Attività di una sorgente  radioattiva. Decadimenti multimodali. Decadimenti successivi. Le 4 famiglie radioattive naturali. Produzione di radionuclidi artificiali   (Attivazione). Metodo di datazione con il 14C.

·       Decadimento alfa

o   Generalità. Spettro energetico delle alfa. Trasmissione attraverso una barriera. Effetto Tunnel. Fattore di Gamow. Dipendenza di l e  T1/2 dall’energia di emissione (Formula di Geiger-Nuttal). Barriera Coulombiana e centrifuga . Equazione di Schrödinger. Conservazione del momento angolare.

·       Particle Physics, B.R. Martin, G. Shaw, John Wiley and Son

·       A. Bettini – Elementary Particle Physics – Cambridge University Press 2008;

·       Introduction to High Energy Physics, D.H. Perkins, Addison-Wesley

·       K.S.Crane: Introductory Nuclear Physics, John Wiley & Sons.

• R.N.Cahn and G.Goldhaber: The experimental Foundations of Particle Physics, Cambridge University Press,

simmetria di parità

massa invariante

scoperta J/PSI

modello a quark