ELEMENTS OF SUBNUCLEAR PHYSICS
Anno accademico e docente
Non hai trovato la Scheda dell'insegnamento riferita a un anno accademico precedente?
Ecco come fare >>
- English course description
- Anno accademico
- 2018/2019
- Docente
- LUCIANO LIBERO PAPPALARDO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/04
Obiettivi formativi
- Il corso si prefigge di fornire allo studente una conoscenza di base della fisica delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali. Alla fine del corso lo studente avra' acquisito dimestichezza nella risoluzione di semplici problemi di cinematica relativistica e nel calcolo di sezioni d'urto di alcuni processi elementari. Egli avra' inoltre compreso l'importanza delle simmetrie e delle relative leggi di conservazione nel definire le proprieta' e la fenomenologia delle interazioni fondamentali (elettromagnetica, forte e debole) ed avra' acquisito le conoscenze di base sullo studio sperimentale e teorico della struttura interna degli adroni.
Infine, egli acquisira' una visione d'insieme della moderna fisica delle particelle elementari attraverso le nozioni di base del Modello Standard (invarianza di gauge, unificazione elettrodebole e meccanismo di Higgs). Prerequisiti
- Per la piena comprensione degli argomenti del corso sono richieste le conoscenze di base di meccanica quantistica e relatività ristretta.
Contenuti del corso
- Il corso e' suddiviso in 10 moduli. I principali argomenti sono elencati a seguire:
1. Introduzione [3 ore]
- Introduzione al Modello Standard
- Richiami di cinematica relativistica
2. Nozioni di base [6 ore]
- Regola d’oro di Fermi, sezioni d’urto e rate di decadimenti
- Equazione di Dirac
- Introduzione al formalismo lagrangiano
- Simmetrie e leggi di conservazione
3. Elettrodinamica quantistica (QED) [4 ore]
- Lagrangiana di QED
- Approccio perturbativo e diagrammi di Feynman
- Sezioni d’urto dei principali processi elettromagnetici
- Cenni sulla rinormalizzazione della teoria
- Polarizzazione del vuoto e Lamb shift
4. Simmetrie discrete [3 ore]
- Fermioni e Bosoni
- Parità
- Coniugazione di carica
- Time-reversal
- Teorema CPT
- Cenni su Momento di Dipolo Elettrico (EDM)
5. Adroni [8 ore]
- Isospin, numero barionico e stranezza
- Simmetria SU(3) di sapore e Modello a Quark
- Multipletti mesonici e barionici
- Massa dei mesoni e barioni
- Momento magnetico del protone
- Quark pesanti
- Risonanze adroniche
6. Cromodinamica Quantistica (QCD) [4 ore]
- Trasformazioni locali SU(3)
- Lagrangiana di QCD
- Interazioni quark-gluone
- Fattori di colore
- Mesoni pesanti e potenziale dell’interazione forte
- Confinamento e liberta’ asintotica (running coupling)
- Adronizzazione
- QCD in esperimenti di annichilazione e+e-
- Quark-Gluon Plasma
7. Struttura del nucleone [6 ore]
- Scattering elastico elettrone-protone
- Sezioni d’urto di Rutherford e Mott e approssimazioni successive
- Fattori di forma del nucleone
- Scattering anelastico
- Scattering profondamente anelastico
- Funzioni di struttura
- Modello a partoni e funzioni di distribuzione partoniche (PDFs)
- Esperimenti a HERA e principali risultati
- Spin del protone
- Collisioni adroniche e Drell-Yan
8. Interazioni deboli [8 ore]
- Numero leptonico
- Decadimento Beta e teoria di Fermi
- Violazione di parita'
- Correnti cariche e struttura V-A
- L’esempio del decadimento debole del pione
- Universalità leptonica
- Interazioni deboli dei quark, mixing di Cabibbo e matrice CKM
- Meccanismo GIM
- Correnti neutre
- Scoperta e proprietà dei bosoni vettori W e Z
- Oscillazioni e violazione di CP nel settore dei kaoni neutri
- Oscillazione dei neutrini e matrice PMNS
9. Unificazione elettrodebole e Meccanismo di Higgs [5 ore]
- Modello di Weinberg-Salam-Glashow
- Accoppiamenti e decadimenti del bosone Z
- Lagrangiana del Modello Standard e invarianza di gauge
- Rottura spontanea di simmetria
- Meccanismo di Higgs
- Gli esperimenti a LHC
- Scoperta e proprietà del bosone di Higgs
- Limiti del Modello Standard e questioni irrisolte
10. Standard Model and beyond [1 ora]
- Materia oscura: osservazioni e ricerca diretta e indiretta
- Cenni su modelli "beyond SM" (SUSY, GUT, Strings,...)
- Cenni su evoluzione dell'Universo primordiale Metodi didattici
- Il corso consiste di lezioni teoriche ed esercitazioni. Le lezioni si svolgono in parte alla lavagna ed in parte mediante proiezione di slides. Quest'ultime verranno fornite allo studente come materiale di complemento (dispense del docente).
Modalità di verifica dell'apprendimento
- - L'esame finale consiste in una prova orale che spazia su tutti gli argomenti trattati nel corso, con l'eccezione dei moduli 1 e 10.
- Lo studente e' invitato ad iniziare l'esame con un *argomento a piacere*, a scelta tra i moduli dal 3 al 9 (sono esclusi i moduli 1, 2 e 10). L'argomento a piacere verra' discusso alla lavagna (tipo "lezione") e deve avere una durata non inferiore a 10-15 minuti.
- Dopo la discussione dell'argomento a scelta, allo studente verranno chieste alcune domande sul resto del programma (con l'esclusione dei moduli 1 e 10). Le domande possono includere la risoluzione di uno dei problemi risolti a lezione.
- L'esame puo' essere condotto sia in italiano che in inglese (la scelta della lingua italiana non implica alcuna penalita'). Testi di riferimento
- - Dispense fornite dal docente.
Testo principale di riferimento:
- M. Thomson, "Modern Particle Physics". Cambridge University Press.
Selezione di argomenti specifici da:
- S. Braibant, G. Giacomelli, M. Spurio. "Particles and fundamental interactions". Springer. Edizione 2012. ISBN 978-94-007-2463-1
- A. Bettini. "Introduction to Elementary Particle Physics". Cambridge University Press.
- F. Halzen, A.D. Martin. "Quark & leptons". Wiley.
