NUCLEAR AND SUBNUCLEAR PHYSICS
Anno accademico 2017/2018 - 1° anno - Curriculum PHYSICS APPLIED TO CULTURAL HERITAGE, ENVIRONMENT AND MEDICINE, Curriculum NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS e Curriculum NUCLEAR PHENOMENA AND THEIR APPLICATIONSCrediti: 6
SSD: FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 108 di studio individuale, 42 di lezione frontale
Semestre: 1°
Obiettivi formativi
Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alla forza di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.
Contenuti del corso
Cenni storici ed introduzione
1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.
Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni
2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.
3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo.
4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.
Modello a partoni del nucleone
5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione inelastica profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q2. Interpretazione della variabile x. F2p(x,Q2): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F2p-F2n. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleone. Interpretazione del rapporto F2n/F2p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.
Decadimento beta – Fisica dei neutrini
6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Esperimento di Cowan-Reines. Neutrini ed antineutrini. Massa del neutrino. Neutrino come particella di Dirac o di Majorana?
7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Scattering inelastico profondo di neutrini. Matrice PMNS e mescolamento dei sapori leptonici.
8) Bosoni Z e W reali. Unificazione elettrodebole. Isospin debole. Angolo di Weinberg.
9) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.
Temi di Fisica Adronica
10) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.
11) Le famiglie dei quark. Interazione di colore. Mescolamento di sapore dei quark ed angolo di Cabibbo.
Testi di riferimento
- B.Pohv et al: Particelle e Nuclei; Bollati Boringhieri, Torino.
- C. Giunti e C.W. Kim: Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics Oxford University Press.
- Appunti del corso.