ASTROPARTICLE PHYSICS
Anno accademico 2026/2027 - Docente: ROSSELLA CARUSORisultati di apprendimento attesi
Il corso si propone di approfondire alcune tematiche relative alla fenomenologia delle astroparticelle, soffermandosi sia sugli aspetti sperimentali che fenomenologici, mettendo in risalto i legami con la Fisica delle Particelle elementari e il legame con le osservazioni di carattere astrofisico e cosmologico e l’importanza e la complementarità fornita dallo studio delle proprietà di diversi messaggeri (raggi cosmici, raggi gamma, neutrini). Lo studente acquisirà una comprensione critica, in particolare, delle tematiche di grande attualità come l’origine della materia e dell’energia oscura, la fisica dei neutrini, le proprietà e le tecniche di rivelazione dei raggi cosmici.
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
Comprensione critica dei principi fondamentali sui cui si base la conoscenza della Fisica Astroparticellare. Comprensione del legame con la Fisica delle Particelle e con l’Astrofisica e la Cosmologia. Comprensione dei metodi di misura e delle tecniche di ricerca.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare gli elementi distintivi nella fisica dei raggi cosmici, dei neutrini e dei fenomeni galattici ed extra-galattici di altissima energia. Capacità di comprendere le analogie e le differenze tra le misure dirette e indirette. Capacità di estrapolare i concetti appresi a ricerche future. Capacità di identificare gli elementi chiave per le ricerche di materia oscura e energia oscura.
Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica delle Astroparticelle, utilizzo del linguaggio scientifico e della terminologia tipica della Fisica Astroparticellare.
Capacità di apprendimento (learning skills).
Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica delle astroparticellare che in ambiti contigui.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento viene svolto con lezioni frontali.
Prerequisiti richiesti
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
Fisica dei Raggi Cosmici: proprietà dei Raggi Cosmici e tecniche di rivelazione.
Fisica dei Neutrini: proprietà e tecniche di rivelazione.
Materia oscura: proprietà ed esperimenti per la ricerca diretta e indiretta.
Energia oscura: proprietà ed esperimenti.
Testi di riferimento
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Richiami sui costituenti elementari della materia e sulle loro interazioni: quarks, leptoni, gluoni, fotoni, W+, W-, Z0, interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche. Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli | |
| 2 | Complementarità fra studio dei Raggi Cosmici e studio delle particelle elementari e delle loro interazioni agli acceleratori. | |
| 3 | Flusso differenziale, spettro e composizione dei Raggi Cosmici primari. Raggi Cosmici primari e secondari. | |
| 4 | Cenni sulla morfologia della Galassia | |
| 5 | Meccanismi di Accelerazione dei raggi cosmici. | |
| 6 | Sorgenti astrofisiche e galattiche dei raggi cosmici. | |
| 7 | Il Cutoff di Greisen-Zatsepin-Kuzmin | |
| 8 | Equazioni di trasporto dei raggi cosmici primari e secondari nell'atmosfera | |
| 9 | Sviluppo di sciami nell'atmosfera | |
| 10 | Metodi di osservazione/studio dei flussi di Raggi Cosmici primari nello spazio, nell'atmosfera, sulla Terra per energie fino a 10^22 eV : rivelazione di protoni, fotoni, nuclei pesanti, muoni, neutrini, sciami estesi | |
| 11 | Gamma astronomia | |
| 12 | Proprietà di interazione dei neutrini, richiamo sullo sviluppo della teoria delle interazioni deboli e del modello standard delle interazioni elettro-deboli. Interazioni semileptoniche e puramente leptoniche di neutrini. | |
| 13 | Neutrini di Dirac e di Majorana. | |
| 14 | Oscillazioni di neutrini. Studio delle "oscillazioni di neutrini": neutrini solari, spettro dei neutrini solari, neutrini atmosferici. Meccanismo See-Saw. | |
| 15 | Esperimenti con neutrini e tecniche di rivelazione. | |
| 16 | Cenni di cosmologia. Evoluzione dell’Universo. Big Bang Nucleosynthesis. | |
| 17 | Cosmic Microwave Background. | |
| 18 | Materia ed energia oscura. Possibili sorgenti di materia oscura. Cold e Hot Dark Matter. | |
| 19 | Fisica oltre il Modello Standard. Modello Supersimmetrico minimale. Weakly Interactive Massive Particles | |
| 20 | Esperimenti diretti ed indiretti per la ricerca di Materia Oscura. | |
| 21 | Esperimenti per la ricerca dell’Energia Oscura. SNIA. Diagramma di Hubble. Barionic Acoustic Oscillations. | |
| 22 | Risultati dell’esperimento Planck. |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla verifica delle capacità critiche dello studente di confrontarsi con le problematiche fenomenologiche e sperimentali proprie della fisica delle astroparticelle. Si verificherà la capacità e la chiarezza di esposizione, l’abilità ad inquadrare il tema richiesto in un contesto generale e la capacità di utilizzo degli strumenti fisici e di calcolo appresi.
Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi:
- Spettro dei raggi cosmici
- Meccanismo di accelerazione di Fermi
- Evidenze di Materia Oscura