UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANIA
Corso di Laurea in Fisica
ISTITUZIONI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE A.A.2013-2014
I Parte: Istituzioni di Fisica Nucleare
Prof.ssa F.Rizzo
Il nucleo atomico
Costituzione del nucleo. Massa. Forma. Dimensione. Difetto di massa ed energia di legame. Formula
semiempirica delle masse (Weisszacher). Considerazioni generali sulla instabilità nucleare. Instabilità
nucleare rispetto all’emissione β, α e fissione spontanea. Nuclei α-emettitori naturali.
Decadimento radioattivo
Legge del decadimento radioattivo. Costante di decadimento λ, tempo di dimezzamento T1/2, vita media τ.
Attività di una sorgente radioattiva. Decadimenti multimodali. Decadimenti successivi. Le 4 famiglie
radioattive naturali. Produzione di radionuclidi artificiali (Attivazione). Metodo di datazione con il 14C.
Decadimento α
Generalità. Spettro energetico delle α. Trasmissione attraverso una barriera. Effetto Tunnel. Fattore di
Gamow. Dipendenza di λ e T1/2 dall’energia di emissione (Formula di Geiger-Nuttal). Barriera Coulombiana
e centrifuga . Equazione di Schrödinger (in coordinate polari). Conservazione del momento angolare.
Modelli Nucleari
Modello a goccia liquida. Modello a gas di Fermi. Introduzione al modello a particelle indipendenti Modello
a shell. Livelli energetici. Potenziale di Wood-Saxon. Interazione di spin-orbita. Numeri Magici. Splitting
dei livelli energetici. Energia dei nucleoni nel nucleo. Livelli legati, livelli virtuali. Stati eccitati nel modello
a shell del nucleo. Interazione residua. Proprietà del ground state dei nuclei: spin e parità.
Momenti nucleari
Momento angolare orbitale e di spin. Momento di dipolo magnetico. Magnetone di Bohr. Magnetone
nucleare. Momento magnetico del nucleone e del nucleo con A-pari. Linee di Schmidt.
Momenti di multipolo elettrico dei nuclei. Momento di quadrupolo elettrico e nuclei deformati. Cenni sul
modello collettivo: bande rotazionali e vibrazionali. Cenni sul modello unificato: livelli di Nilsson.
Decadimento β
Il decadimento β dal punto di vista energetico. Struttura degli spettri in energia: end-point e neutrino. Golden
Rule n.2. Teoria elementare di Fermi: matrice di transizione Hif. Transizioni permesse di Fermi (F) e
Gamow-Teller (G-T). Transizioni proibite. Spettro β: dipendenza dalla matrice di sovrapposizione e dal
fattore statistico. Kurie-plot. Esempi di transizioni β permesse, super-permesse.
Decadimento γ
Generalità. Energetica nel decadimento γ. Origine della transizione e classificazione in base alla
multipolarità e tipo. Leggi di conservazione del momento angolare e della parità nelle transizioni. Probabilità
di transizione multipolari elettriche λ(EL) e magnetiche λ(ML) (stime teoriche di Weisskopf). Decadimento
per conversione interna λIC. Stati metastabili.
Collisioni nucleari
Q-valore. Cinematica a 2 corpi: studio nel sistema di riferimento del laboratorio e nel C.M. Energia di soglia.
Definizione di sezione d’urto. Sez. d’urto elastica, inelastica e di reazione. Sez. d’urto differenziale. Angolo
solido. Cenni sui meccanismi di reazione dirette e di nucleo composto. Risonanze nella sezione d’urto di
N.C. Formula di Breit-Wigner. Misura della sezione d’urto differenziale sperimentale.
Cenni sull’applicazione della Fisica Nucleare ai Beni Culturali
Testi Consigliati (in ordine alfabetico)
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H.A.Enge: Introduction to Nuclear Physics (Addison Wesley Pub.Co.)
K.S.Krane: Introductory Nuclear Physics (J. Wiley & Sons)
J.S.Lilley: Nuclear Physics- Principles and Applications (J.Wiley&Sons, Ltd)
B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Particelle e nuclei. Un' introduzione ai concetti fisici (Bollati
Boringhieri)
W .S.C. Williams: Nuclear and Particle Physics, (Claredon Press, Oxford)
II Parte: Istituzioni di Fisica Subnucleare
Prof. S.Albergo
Note introduttive
Evoluzione del concetto di particella; L’anomalia di Spin del 14N; Richiami di Relatività; Particelle e
antiparticelle; Massa Invariante; Unità di misura naturali; Gli acceleratori di particelle; Klystron e cavità a
risonanza.
Particelle e Numeri quantici
Fermioni e Bosoni; quark e leptoni; Numero Barionico; Numero Leptonico;
Esperimenti di scoperta di: neutrone, positrone, muone, pione, antiprotone, neutrino elettronico e neutrino
muonico; Misura della vita media del muone.
Simmetrie Discrete
Simmetria di Parità; Operatore di Parità, Autostati e Autovalori; Parità intrinseca delle particelle elementari;
Parità delle Armoniche Sferiche; Violazione dell’Invarianza di Parità nel decadimento del Pione carico;
Simmetria di Coniugazione di Carica; Invarianza CP.
Il Modello a Quark
Quark e sapori; Barioni e Mesoni; Isospin, Stranezza, Charmness, Bottomness; Topness; Previsione e
scoperta della Ω-; La scoperta della J/Ψ; Charmonio e Bottomio; Misura del rapporto R ai Collider e+e-.
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Interazioni
Interazione Elettromagnetica; Interazione Debole; Unificazione Elettrodebole; Correnti Neutre e Correnti
Cariche; Simmetria Leptoni-Quark; La scoperta di W e Z; L’Interazione Forte e il Colore; Confinamento;
Gluoni; Polarizzazione del vuoto in QED e in QCD.
Testi Consigliati (in ordine alfabetico)
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B.R. Martin, G. Shaw: Particle Physiscs, (John Wiley and Sons)
D.H. Perkins: Introduction to High Energy Physics (Addison-Wesley)
B.Povh et al.: Particelle e nuclei (Bollati Boringheri)
W .S.C. Williams: Nuclear and Particle Physics, (Claredon Press, Oxford)
