PHENOMENOLOGY OF ELECTROWEAK INTERACTIONS
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2018/2019
- Docente
- MASSIMILIANO FIORINI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/04
Obiettivi formativi
- Gli obiettivi del corso sono di fornire allo studente un quadro dettagliato sulla fenomenologia delle interazioni elettrodeboli, partendo dai risultati del secolo scorso fino alle scoperte più recenti.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze avanzate di fisica delle particelle elementari, in particolare di quegli argomenti che si trovano alla frontiera della ricerca sperimentale e teorica nel campo del Modello Standard delle interazioni elettrodeboli.
Lo studente sarà in grado di acquisire abilità quali il calcolo di quantità di interesse in fisica delle particelle, e la capacità di seguire un seminario, un congresso o leggere un articolo nell’ambito della ricerca in fisica delle particelle elementari a livello professionale. Prerequisiti
- Meccanica quantistica di base (a livello di testi quali Sakurai, Dirac). Conoscenze di base di fisica delle particelle elementari (a livello di testi quali Perkins).
Contenuti del corso
- Il corso è suddiviso in 6 moduli. I principali argomenti sono elencati a seguire:
1. Il settore elettrodebole del modello standard [6 ore]
- Richiami sulla notazione relativistica e invarianza di gauge
- Richiami sulla lagrangiana del Modello Standard
- Interazioni deboli
- Decadimento beta
- Correnti deboli cariche
- Violazione di parità
- Elicità e chiralità
- Misura dell’elicità del neutrino
2. La scoperta delle correnti deboli neutre e dei bosoni vettori [8 ore]
- Correnti deboli neutre
- Camera a bolle Gargamelle
- Scoperta delle correnti deboli neutre
- Unificazione elettrodebole
- Interazioni elettrodeboli
- Determinazione dell’angolo debole
- L’esperimento CHARM2
- Previsioni della teoria elettrodebole
- Produzione dei bosoni vettori
- Collider SppS e esperimenti UA1/UA2
- Scoperta dei bosoni vettori
3. Test di precisione della teoria elettrodebole [8 ore]
- I collisionatori di elettroni e positroni LEP e SLC
- Misura di precisione di luminosità
- Calibrazione dell’energia dei fasci ed effetti sistematici
- I rivelatori di LEP e SLC
- Selezione di eventi
- Misura di massa e larghezza della Z, sezioni d’urto e asimmetrie
- Misura del numero di famiglie di neutrini
- Misure a LEP-II, massa e larghezza del W
4. Ricerca del bosone di Higgs del Modello Standard [8 ore]
- Rottura spontanea della simmetria e meccanismo di Higgs
- Accoppiamenti del campo di Higgs
- Ricerca del bosone di Higgs a LEP
- Ricerca del bosone di Higgs al Tevatron
- Processi di produzione dell’Higgs
- Rapporti di decadimento dell’Higgs
- Il collisionatore LHC
- Esperimenti ATLAS e CMS
- Scoperta del bosone di Higgs
- Misura della massa, larghezza, numeri quantici e accoppiamenti
5. Oscillazioni di sapore e violazione di CP nei mesoni K, D e B [10 ore]
- Fenomenologia delle oscillazioni di sapore
- Simmetrie discrete e teorema CPT
- Violazione della simmetria CP
- Mesoni K neutri: oscillazioni di stranezza, rigenerazione
- Scoperta della violazione di CP
- Violazione di CP diretta
- Mesoni B neutri: oscillazione, violazione di CP time-dependent
- B-factory asimmetriche
- La matrice CKM e il triangolo di unitarietà
- Misura degli elementi della matrice CKM
6. Masse e oscillazioni di neutrini [8 ore]
- Breve storia del neutrino
- Proprietà del neutrino nel Modello Standard
- Misure dirette della massa dei neutrini
- Decadimenti doppio beta
- Neutrini solari e atmosferici
- Esperimenti ai reattori e su fascio
- Fenomenologia delle oscillazioni di neutrini
- Violazione di CP Metodi didattici
- Il corso consiste in lezioni teoriche ed esercitazioni. Le lezioni si svolgono in parte alla lavagna ed in parte mediante la proiezione di slides. Quest'ultime verranno fornite allo studente come materiale di complemento (dispense del docente).
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L'esame consiste in una prova orale nella quale verranno discussi alcuni argomenti scelti dal docente tra quelli presentati durante il corso, per verificare le conoscenze acquisite dallo studente e l’abilità di comprendere e collegare i vari argomenti trattati durante le lezioni.
Testi di riferimento
- Appunti delle lezioni. Articoli e rassegne tratti da riviste scientifiche.
Sulla teoria elettrodebole, capitoli scelti da:
G. Kane, “Modern Elementary Particle Physics”, Cambridge University Press
F. Halzen and A. D. Martin, “Quarks and Leptons”, John Wiley & Sons
Sulle misure sperimentali, capitoli scelti da:
R. N. Cahn and G. Goldhaber, “The Experimental Foundations of Particle Physics”, Cambridge University Press
A. Bettini, “Introduction to Elementary Particle Physics”, Cambridge University Press
