NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS

Modulo NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS I

1 – Richiami sulla Relatività Speciale e sulle Simmetrie 

Trasformazioni di Lorentz – forma matriciale – effetti relativistici sulle vite medie – quadrivettori – forma covariante e controvariante – tensore metrico – cono di luce – trasformazioni generali di Lorentz – boost lorentziani – rapidità e pseudo-rapidità – velocità relativa relativistica – quadrimpulso – mass-shell – massa invariante di un sistema – decadimenti – collisioni elastiche ed inelastiche, reazioni nucleari e particellari – sistemi di riferimento del laboratorio e dell’impulso nullo – unità naturali – variabili di Mandelstam e loro interpretazione – simmetria di crossing – elicità e chiralità di una particella – simmetrie discrete: C, P, T - G-parità.

2 – Gli strumenti della Fisica Subatomica

Definizione operativa di sezione d’urto – distribuzioni angolari, funzioni di eccitazione, sezione d’urto integrata in angolo – sezione d’urto integrata in energia – luminosità e luminosità integrata – comportamenti generali di sezioni d’urto di processi nucleari e subnucleari – regola d’oro di Fermi per le reazioni e per i decadimenti subatomici – lo spazio delle fasi – fenomeni di risonanza – forza della risonanza – studi di stati di particelle subatomiche in formazione e produzione – decadimenti a 3 corpi e diagrammi di Dalitz – diagrammi di Feynman – ampiezze di transizione – vertici di modello standard.

3 – Alcuni complementi di Fisica Nucleare

Caratteristiche della forza nucleare – il sistema di due nucleoni – i nuclei più leggeri e gli effetti delle forze a molti corpi – complementi sul decadimento alfa – richiami sul decadimento beta – calcolo della costante di Fermi da decadimenti beta super-permessi – regola di Sargent – cattura elettronica - il decadimento gamma – regole di selezione – stime di Weisskopf e probabilità di transizione ridotta – rinculi nel decadimento gamma – fenomeno di Szilard-Chalmers – effetto Mossbauer e sue applicazioni – Reazioni di nucleo composto – larghezze parziali e larghezze ridotte – limiti di Wigner – distribuzioni angolari e spettroscopia dei nuclei leggeri – principio del bilancio dettagliato – Reazioni dirette – reazioni di knock-out – richiami sul modello a shell – limiti dei modelli a particelle indipendenti – modelli a cluster – metodo dell’orbitale molecolare.

4 – Scattering elettrone-nucleo ed elettrone-protone

Sezioni d’urto di Rutherford e Mott – fattore di forma elettrico – quadrimpulso trasferito – fattore di forma magnetico – sezione d’urto di Rosenbluth – distribuzione di carica del protone – scattering inelastico elettrone-protone – variabili v, x (di Bjorken) e y – risultati del deep inelastic scattering e modello a partoni – funzioni di struttura – scaling di Bjorken – relazione di Callan-Gross – quark di valenza e del mare –considerazioni sulle funzioni di distribuzioni partoniche.

5 – Il mondo dei quark e la classificazione delle particelle subnucleari

Struttura dei nucleoni – famiglie di quark – cariche dei quark – distribuzioni di impulso dei quark – caratteristiche dei quark nudi – fenomenologia degli adroni: barioni e mesoni –l’esistenza del colore – i gluoni – neutralità di colore negli adroni – costante di accoppiamento forte – libertà asintotica e confinamento – violazione dell’invarianza di scala nelle funzioni di struttura – fisica ai collisori e+e- – scattering Bhabha e Moller – produzione di coppie di leptoni – scoperta del tauone – sezioni d’urto di produzione di muoni – fenomeni risonanti nelle collisioni e+e- – risonanze r ed w – il mesone f e la regola di Zweig – scoperta della 𝐽/𝜓: esperimenti di Richter e Ting – risonanze U – studio della risonanza Z⁰ al LEP – produzione non risonante di adroni – fattore R e numero di colori – emissione di jet adronici doppi e tripli – teoria dei gruppi e schematizzazione degli adroni.

6 – L’isospin nei nuclei e nelle particelle

Per la parte di fisica nucleare:

1. S. Wong, Introductory Nuclear Physics, Wiley

2. B. Cohen, Concepts of Nuclear Physics, McGrawHill

3. E. Segrè, Nuclei e Particelle, II edizione, Zanichelli

4. K.N. Mukhin, Experimental Nuclear Physics, MIR

5. L. Valentin, Noyaux and Particules, Hermann

Per la parte di fisica subnucleare:

1. B.R. Martin, G. Shaw, Particle Physics, IV edition, Wiley

2. F. Halzen, A.D. Martin, Quarks & Leptons, Wiley

3. B. Povh et al, Particelle e Nuclei, Bollati Boringhieri

4. W.E. Burcham, M. Jobes, Nuclear and Particle Physics, Longman 

5. A. Bettini, Introduction to Elementary Particle Physics, Cambridge

Per la parte di esercizi:

I. Lombardo, Problemi di fisica nucleare e subnucleare, CEA Zanichelli