Università degli Studi di Napoli “Federico II” – Area Didattica di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea in Fisica Classe L-30 “Fisica” del DM 270/04 Programmi degli insegnamenti dell’A.A. 2013/2014 Elementi di Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. Leonardo Merola (gruppo 2) III anno, 2° semestre; 8 CFU/64 ore (LF = 8 CFU/64 ore) [1 CFU di lezione frontale (LF) o esercitazioni (ES) = 8 ore (+ 17 di studio); 1 CFU di attività in laboratorio (LAB) = 12 ore (+ 13 di studio).] E-mail del docente: Tel. del docente: Sito web del docente: [email protected] 081676180 http://www.docenti.unina.it/leonardo.merola Codice del Corso di Laurea: N85 Codice dell’insegnamento: 26211 Il nucleo atomico e la radioattività Il nucleo: protoni e neutroni. Esperimento di Chadwick. Radioattività naturale. Legge del decadimento radioattivo. Tipi di decadimento. Collisioni Conservazione dell’energia e dell’impulso. Applicazioni. Concetto di sezione d’urto. Urti elastici. Sezione d’urto Rutherford. Urti anelastici: reazioni nucleari, nuclidi artificiali, produzione di pioni e muoni. Descrizione quantistica dell’urto tra particelle; diffusione elastica da potenziale; caso del potenziale di Yukawa. Metodi sperimentali Acceleratori. Fasci di particelle. Passaggio di particelle cariche e fotoni attraverso la materia. Rivelatori. Dimensioni e masse dei nuclei Diffusione elastica elettrone-nucleo: distribuzione della carica nucleare. Distribuzione della materia nucleare. Massa ed energia di legame. Saturazione della forza nucleare. Formula semiempirica delle masse. Parabola delle masse. Proprietà dei nuclei nello stato fondamentale La buca di potenziale nucleare. Il nucleo come gas di Fermi. Modello a shell a particella singola. Potenziale spin-orbita. Spin e parità degli stati fondamentali nucleari. Momento di dipolo magnetico e momento di quadrupolo elettrico. Limiti del modello a shell. Decadimento alfa e fissione spontanea. Fenomenologia del decadimento alfa. Teoria del decadimento alfa. Fissione spontanea. Decadimento beta Ipotesi e scoperta del neutrino. Teoria di Fermi del decadimento beta. Determinazione di G. Transizioni tipo Fermi e tipo Gamov-Teller. Massa del neutrino. Stati eccitati dei nuclei e decadimento gamma Stati eccitati nucleari. Decadimento . Conversione interna. Reazioni nucleari Generalità. Risonanze. Reazioni di nucleo composto e reazioni dirette. Allargamento doppler dei picchi risonanti. Reazioni indotte da neutroni di bassa energia. La barriera coulombiana nelle reazioni nucleari. Fissione indotta e reattori. Fusione nucleare. La forza nucleare Il deutone. Scattering nucleone-nucleone a bassa energia. Proprietà della forza nucleare. Isospin. Particelle. Concetti introduttivi Il quadro presente. Particelle e antiparticelle: cenni alle equazioni d’onda relativistiche, stati ad energia negativa e loro interpretazione. Interazioni elettromagnetiche e grafici di Feynman (cenni). Interazioni deboli. Forze a corto raggio: scambio di particelle massive. Interazioni deboli e unificazione elettrodebole. Interazioni forti. Forza nucleare forte: scambio di mesoni. Interazioni forti tra quark e gluoni. Simmetrie e leggi di conservazione Parità. Parità di fermioni e antifermioni. Spin e parità del fotone. Coniugazione di carica. Inversione temporale. Teorema CPT. Conservazione dei barioni. Conservazione dei leptoni. Neutrino elettronico e neutrino muonico. Il leptone tau e il neutrino tauonico. Adroni. Interazione forte Barioni e mesoni: particelle strane, formazione di barioni nell’interazione pione-nucleone, produzione di risonanze barioniche, formazione e produzione di risonanze barioniche strane, risonanze mesoniche, adroni dall’annichilazione e+e-. Composizione in quark degli adroni: mesoni, barioni, spin e colore. Quark e gluoni: l’interazione forte. Colore e QCD. Getti di adroni. Interazioni deboli Interazioni deboli dei leptoni e dei quark. I bosoni vettoriali intermedi. Interazioni deboli di corrente carica. Interazioni deboli di corrente neutra. Violazione della parità: il problema , la violazione di P nel decadimento beta, esperimento di Wu et al.. Elicità dei leptoni. Violazione di C. Il sistema dei K0 e la violazione di CP. Modello Standard e fisica oltre il MS Modello standard. Il bosone di Higgs. Fisica oltre il modello standard. Limiti del modello standard. Grande unificazione. Supersimmetria. Massa dei neutrini. Testi consigliati M. Napolitano: Appunti del corso K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley and Sons J. Lilley, Nuclear Physics – Principles and Applications, John Wiley and Sons B. R. Martin e G. Shaw, Particle Physics, John Wiley and Sons A. Bettini, Introduction to Elementary Particle Physics, Cambridge University Press