ISTITUZIONI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE

Modulo MODULO 2

Lo studente apprenderà le nozioni di base relative ai decadimenti radioattivi e alla struttura nucleare. Le problematiche sono introdotte descrivendo la fenomenologia, l'approccio utilizzato nelle misure; viene inoltre data una descrizione qualitativa e, ove possibile, quantitativa dei fenomeni nucleari descritti. Nell'apprendere i principali modelli teorici con cui si studia la struttura nucleare, lo studente utilizzerà inoltre molti concetti provenienti da corsi antecedenti o che si svolgono in parallelo al corso in oggetto.

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 descrizione dei nuclei e delle loro interazioni a livello fondamentale. Conosceranno le leggi e le proprietà dei decadimenti radioattivi, la struttura dei nuclei e conosceranno i principi che stanno alla base dei modelli che descrivono l'organizzazione dei nucleoni.

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.

Il Corso prevede 3 CFU di didattica frontale per un totale di 21 ore.

Ove possibile è prevista una visita guidata presso i Laboratori Nazionali del Sud-INFN Catania, durante la quale vengono illustrate le attività svolte dai ricercatori nell’ambito della Fisica Nucleare, anche in connessione con ricerche in collaborazione con Università ed Enti di Ricerca italiani ed esteri.

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.

Modelli Nucleari

Modello a goccia liquida. Modello a gas di Fermi. Introduzione al modello a particelle indipendenti Modello a shell. Livelli energetici. Potenziale di Wood-Saxon. Interazione di spin-orbita. Numeri Magici. Splitting dei livelli energetici. Energia dei nucleoni nel nucleo. Stati eccitati nel modello a shell del nucleo. Interazione residua. Proprietà del ground state dei nuclei: spin e parità.

Decadimento beta

Il decadimento beta dal punto di vista energetico. Struttura degli spettri in energia: end-point e neutrino. Golden Rule n.2. Teoria elementare di Fermi: matrice di transizione Hif. Transizioni permesse di Fermi (F) e Gamow-Teller (G-T). Transizioni proibite. Spettro beta: dipendenza dalla matrice di sovrapposizione e dal fattore statistico. Kurie-plot. Esempi di transizioni beta permesse, super-permesse.

Decadimento gamma

Generalità. Energetica nel decadimento γ. Origine della transizione e classificazione in base alla multipolarità e tipo. Leggi di conservazione del momento angolare e della parità nelle transizioni. Probabilità di transizione multipolari elettriche W(EL) e magnetiche W(ML) (stime teoriche di Weisskopf). Decadimento per conversione interna. Stati metastabili.

TESTI DI RIFERIMENTO ( in ordine alfabetico)

1. K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics, (Wiley and Sons Ltd.) 

2. H.A.Enge: Introduction to Nuclear Physics (Addison Wesley Pub.Co.)

3. J.S.Lilley: Nuclear Physics- Principles and Applications (Wiley and Sons Ltd.)

4. B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Particelle e nuclei. Un' introduzione ai concetti fisici (Bollati Boringhieri)

5. W .S.C. Williams: Nuclear and Particle Physics, (Claredon Press, Oxford)

L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.

Per la valutazione dello studente si terrà conto del livello di conoscenza acquisita, della padronanza raggiunta e della capacità dicorrelare le diverse tematiche trattate nel corso.

N.B.: L'esame relativo all'insegnamento di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare (Mod.1 + Mod.2; 6+3 CFU) è unico per i 2 Moduli e avviene contemporaneamente alla presenza dei 2 Docenti. Anche il voto, relativo a 9 CFU, è unico.

Di norma vengono fissati 8 appelli per A.A.

E' possibile consultare il calendario degli esami sul sito del corso di Laurea L30-Fisica.

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:

Principali modelli per il nucleo atomico.

Modello a shell.

Energetica del decadimento beta e gamma.

Decadimento beta.

Spettro beta e end-point.

Decadimento gamma.

Leggi di conservazione nel momento angolare e della parità nei decadimenti radioattivi.