NUCLEAR REACTION THEORY

Il corso si propone di fornire gli elementi di base della teoria dello scattering applicata alle collisioni tra nucleoni e alle reazioni nucleari dirette. Si vuole inoltre introdurre lo studente alla trattazione e fenomenologia delle reazioni tra ioni pesanti alle energie intermedie, dalle reazioni di fusione e deep-inelastic alla transizione di fase liquido-gas nella materia nucleare. L'approccio seguito è di tipo teorico-fenomenologico. 

Durante il corso lo studente comprenderà i principali meccanismi di reazione nucleare, dalle basse alle energie intermedie, inquadrandoli nel contesto attuale di ricerca in fisica nucleare, e acquisirà i principali strumenti teorici per la descrizione di tali processi. 

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce a acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).  

Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni,  anche in campi interdisciplinari. Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca in Fisica.    

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno (con riferimento alle reazioni nucleari e al comportamento di materia nucleare), in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi, relativi alla descrizione di nuovi processi nucleari di interesse attuale (problem solving).

Abilità comunicative (communication skills).

Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica.Tali abilità saranno sviluppate nell’ambito della comunicazione di tematiche relative alla dinamica delle reazioni nucleari e alle proprietà della materia nucleare. 

Capacità di apprendimento (learning skills).

Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze. Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo delle reazioni nucleari che in campi scientificamente vicini. 

L'insegnamento prevede lezioni frontali (5 CFU = 35 ore), prevalentemente alla lavagna, ed alcune ore di esercitazioni in aula (1 CFU = 15 ore), con coinvolgimento degli studenti.

Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

(Indispensabili) Nozioni di base di fisica generale 

(Indispensabili) Nozioni di base di meccanica quantistica

(Importanti) Nozioni di meccanica statistica e termodinamica

(Utile) Nomenclatura utilizzata in fisica nucleare

La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi).

TEORIA DELLO SCATTERING E REAZIONI NUCLEARI - Reazioni elastiche e inelastiche. Cinematica delle reazioni nucleari. Teoria classica dello scattering. Caratteristiche qualitative delle reazioni nucleari. Teoria quantistica dello scattering. Descrizione in onde parziali: sfasamenti ed interferenze. Hard-Sphere Scattering. Scattering a bassa energia. Stati legati e risonanze di scattering. Lunghezza di scattering, effective range e interazione nucleare. Approssimazione di Born per reazioni elastiche e inelastiche. Modello a doppio potenziale e approssimazione di Born in onde distorte (DWBA). Teorema ottico e sezione d'urto di assorbimento. Black sphere. Reazioni dirette: stripping, pick-up e knock-out. Descrizione della reazione di pick-up (p,d). Approssimazione impulsiva. Approssimazione iconale. Reazioni con scambio di carica e legame con decadimento beta. Reazioni di nucleo composto. Teoria empirica del potenziale ottico. 

COLLISIONI NUCLEARI AD ENERGIA INTERMEDIA - Equazione di stato della materia nucleare. Isospin ed energia di simmetria. Dinamica nucleare nello spazio delle fasi. Trasformata di Wigner e sue proprietà. Approssimazione semiclassica. Equazione del trasporto Boltzmann-Nordheim-Vlasov. Zero e First sound in materia nucleare.  Dalla Fusione incompleta alla multiframmentazione: il meccanismo spinodale per la dinamica della transizione liquido-gas in materia nucleare. Reazioni deep-inelastic e meccanismo di formazione del neck. Cenni su flussi collettivi radiali, trasversi ed ellittici in reazioni fra ioni pesanti.

1) J.J. Sakurai,  Meccanica Quantistica Moderna, Ed. Zanichelli, 1990 - Capitolo 7

2) G.R. Satchler,  Introduction to Nuclear Reaction, Macmillian Education, 1990

3) C.A. Bertulani, P. Danielewicz, Introduction to Nuclear Reactions, IOP Publishing, London, 2004

MODALITÀ  D'ESAME

La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale, con domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma  (teoria classica dello scattering, scattering quantistico elastico e/o inelastico, reazioni nucleari dirette, collisioni tra ioni pesanti ed equazione di stato della materia nucleare). In tal modo si intende accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma. E' richiesta inoltre la capacità di saper svolgere i passaggi essenziali che portano alle varie formule di base della teoria delle reazioni nucleari. 

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale per programmare eventuali misure compensative e/o dispensative.

Criteri per l’attribuzione del voto finale:

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

DATE D'ESAME

Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Magistrale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami

PROVE IN ITINERE

Non previste.

PROVE DI FINE CORSO

Vedi modalità e date d'esame.

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

Domande frequenti:

- Concetto di sezione d'urto

- Effetti di rainbow  e orbiting

- Equazione di Lippmann-Schwinger

- Approssimazione di Born  DWBA 

- Sezione d'urto elastica e di assorbimento

-Stati risonanti e sezione d'urto associata

- Esempi di reazioni dirette 

- Reazioni di nucleo composto

- Equazione di stato della materia nucleare 

- Concetto di campo medio

- Teoria cinetica Landau-Vlasov

- Modi collettivi e instabilità

- Caratteristiche principali delle collisioni fra ioni pesanti.