introduzione

Programma del Corso di Istituzioni
di Fisica Nucleare e Subnucleare
Anno Accademico 2006 – 2007
Prof. Annalisa D'Angelo
Dott.ssa Rachele Di Salvo
Testi:
•W.E. Burcham & M. Jobes: Nuclear and particle physics. Longman
Scientific & Technical ( disponibile in biboteca)
•Hans Fraunfelder & Ernest M. Henley: Subatomic Physics. Prentice Hall
•P. Povh K. Rith C. Scholz F. Zetsche: Particelle e nuclei. Bollati
Boringhieri.
•D. Prosperi, M. De Sanctis M.A. Incicchitti. Dispense : Istituzioni di
Fisica Nucleare e Subnucleare
Obiettivi della fisica Subnucleare
a. Conoscere i costituenti fondamentali della materia.
b. Capire attraverso quali forze interagiscono.
Oggi si pensa che i costituenti fondamentali siano fermioni:
quark e leptoni (s=1/2).
Sono particelle senza struttura e puntiformi fino a distanze
10-17 m.
Per comprendere come tali particelle si comportano sotto
l’azione delle loro forze di interazione gli strumenti sono:
Strumenti teorici:
•La teoria della relatività
•La meccanica quantistica
Strumenti sperimentali:
Reazioni di diffusione
tramite sonde adroniche
e leptoniche
Strumenti teorici
Piccole distanze (mondo microscopico)
v /c
1
Meccanica classica
Meccanica
quantistica
Meccanica
relativistica
Teoria quantistica
dei Campi
Per descrivere le particelle elementari sono necessari
sia la meccanica quantistica che la teoria della
relatività.
Novità
Esistenza delle antiparticelle (stessa massa e numeri
quantici opposti).
Giustificazione e riformulazione del principio di
esclusione di Pauli.
Invarianze e Teorema CPT.
Il modello standard formulato da Glashow-Weimberg e Salam
(Premio Nobel 1979) descrive attualmente tutte le interazioni
tra le particelle esistenti, ad eccezione della interazione
gravitazionale. Ha attualmente moltissime conferme sperimentali.
La descrizione dei fenomeni fisici avviene attraverso
l’introduzione di Modelli, ovvero di:
“ Un insieme di ipotesi fisiche e prescrizioni
matematiche in grado di riprodurre una classe di
fenomeni sperimentali “.
Più ampio è l’insieme dei fenomeni fisici descritti dal
modello, maggiore è la sua efficacia.
Un modello deve essere anche predittivo, ovvero in
grado di prevedere effetti nuovi.
Se l’osservazione di tali nuovi effetti è in disaccordo
con il modello questo perde di validità.
I
costituenti
fondamentali
(fermioni)
interagiscono scambiandosi quanti di campo di
interazione (bosoni).
Le particelle sono anche classificate in base al
tipo di interazione che possono effettuare:
Forza forte

adroni (stati composti
da due o tre quark)
mesoni qq (bosoni)
barioni qqq (fermioni)
Solo forza elettro-debole 
leptoni
Interazioni Fondamentali
Interazione
Quanto
di
campo
Spinparità
Massa
(mc2)
GeV
Range
(m)
Sorgen- Costan Sezioni
te
-ti di
d’urto
accop- tipiche
piamen
b
-to
Vite
medie
di
decadimento
Km2/hc
0.5 10-38
-
-
10
10-20
Gravità
gravitone
2+
0

massa
Elettromagnetismo
fotone
1-
0

carica
elettrica
=
e2/4hc
=1/137
Debole
Bosoni
intermedi
Z0 W+ W-
80-90
10-18
carica
debole
(mc/h)2G
hc
10-5
10-8
10-8
Forte
gluoni
0
<10-15
carica di
colore
s1
<1
(r0)
104
10-23
1 -,
1+
1
Interazioni
Forte : tiene legati i quark negli adroni ed
i nucleoni nei nuclei. E’ descritta dalla
cromo-dinamica quantistica (QCD). I
mediatori sono chiamati gluoni e sono
otto.
Debole: responsabile di processi quali il
decadimento .
Elettromagnetica: spiega l’esistenza degli
atomi. Lega elettroni e nuclei.
Gravitazionale: viene trascurata nella
fisica subnucleare.