NUCLEARE e SUBNUCLEARE
A. A. 2010/2011
Programma
Fisica Nucleare
01 - Cenni Storici
02 – Caratteristiche generali
Isotopi etc.
Tabelle (Z .vs. N, etc.), unita’ di misura
Scale di tempo
Concetto di sezione d’urto
Parita’, statistica, principio di Pauli
03 – Proprieta’ nucleari
Raggio (E. M. e da interazione forte)
Calcolo alla Born di collisione (Segre’, vedi note sul sito FNSN), fattore di forma
Misura di R da Shift Isotopico
Misura di R da Isobari (Mirror Nuclei) e decadimenti beta
Misura di R da Scattering nucleare
Masse ed abbondanze isotopiche dei nuclidi
Spettrometria di massa, massa di riferimento, doppietto isotopico, reazioni
Abbondanza dei nuclidi
Energia di legame, difetto di massa, energia di separazione
Formula semiempirica delle masse (von Weitzsacker)
Momento angolare e parita’
Momenti E. M. statici
I momenti E. M. nella emissione gamma, multipoli e parita’, transizioni di monopolo
04 – Radioattivita’
Il decadimento radioattivo
Attivita’, vita media e Branching Ratio
Aspetti quantistici, relazione tra e
Equilibrio secolare, decadimenti a catena
Tipi di decadimento, famiglie radioattive naturali
05 – Raggi Cosmici (Perkins, vedi note sul sito FNSN)
Radiazione primaria, spettro e composizione
“Cut-off”geomagnetico
Radiazione cosmica secondaria
Sciami E. M.
06 – Interazione Radiazione Materia
Generalita’, collisioni Rutherford di particelle pesanti (alfa) in un mezzo
Calcolo della perdita di energia dE/dx
Range, formula di Bragg-Kleeman
Collisioni di elettroni e radiazione di Bremsstahlung
Range-Energia, straggling, stopping time
Interazione di raggi gamma
Effetto fotoelettrico, Compton, produzione di coppie
Effetto Cerenkov
Scattering Thomson e Rayleigh
07 – Rivelatori di particelle
Generalita’
Ionizzazione ed eccitazione
Contatori a gas (camera di ionizzazione, contatore proporzionale, Geiger)
Scintillatori
Struttura e conversione dell’energia primaria
Meccanismi di scintillazione
Fotomoltiplicatori
Rivelatori a Semiconduttore
08 – Forze Nucleari – Il Deutone
Misura di massa
Calcolo quantistico dello stato legato
Spin e Parita’
Momenti di dipolo e quadrupolo
09 – Forze Nucleari – Lo Scattering
Analogo ottico
Problema generale dello scattering, sezione d’urto
Dipendenza dallo spin
Lunghezza di scattering
Risultati sperimentali
Range efficace
Scattering p-p e n-n
Dipendenza da spin di Forze Nucleari
Termine tensoriale di V, simmetria di carica e indipendenza dalla carica
Interazione spin-orbita
Forze di scambio
10 – Modelli Nucleari
Modello a shell, potenziale, numeri magici e interzione spin-orbita
Momenti magnetici
Quadrupolo elettrico
Modello collettivo; vibrazionele e rotazionale
11 – Decadimento alfa
Calcolo teorico, spin e parita’, spettroscopia
12 – Decadimento beta
Storia, calcolo di Fermi, Kurie plot, spettri di energia
Fattore “ft”, regole di selezione per transizioni Fermi e Gamow-Teller
13 – decadimento gamma
Transizioni di multipolo, regole di selezione per spin e parita’, stime di Weisskopf
Conversione interna
Misure di distribuzione angolare
Fluorescenza di risonanza, effetto Mossbauer
Red-shift gravitazionale
14 – Reazioni Nucleari
Caratteristiche generali
Cinematica, Q-valore e soglia
Isospin
Fasci di particelle e bersagli
Scattering elastico ed inelastico Coulombiano
Calcolo dello scattering e assorbimento in onde parziali
Modello Ottico del potenziale
Nucleo composto
Reazioni dirette
Risonanze
Fisica Subnucleare
01 - Cenni Storici
Il fotone (1900-1924)
I mesoni (1934-1937). Il mesone di Yukawa, scoperta nei raggi cosmici.
Antiparticelle (1930-1956). Il positrone, l’antiprotone.
La simmetria incrociata. Fermioni ne bosoni.
I neutrini (1930-1962). Cowan e Reines, Davis e Harmer, il numero leptonico.
Neutrino muonico.
Particelle “strane” (1947-1960). Scoperta nei raggi cosmici.
Il modello di Gell-Mann: Eightfold way e quarks.
Scoperta dei nuovi quarks (charm, etc.)
I bosoni vettori intermedi e il Modello Standard.
02 – Dinamica delle particelle elementari
Le forze.
QED e diagrammi di Feynman, per descriverla.
QCD. I gluoni.
Polarizzazione del vuoto e costanti di accoppiamento in funzione di R = distanza.
Interazioni deboli (QFD, W. I.).
Corrente neutra e carica. Flavor e “mixing” dei quarks (angolo di Cabibbo)
Vite medie, leggi di conservazione, la regola OZI (J/ decay).
03 – Cinematica Relativistica
Trasformazioni di Lorentz
Quadrivettori, tensore metrico, notazione covariante.
Collisioni ed esempi ( decay, soglia di antiprotone).
04 – Simmetrie
Generalita’, il teorema di Noether. I gruppi (matrici).
Momento angolare, coefficienti di Clebsch-Gordan. Lo spin e le matrici di Pauli
Simmetrie di flavor, Isospin (vd. anche Fisica Nucleare)
La parita’. Sua violazione nelle W. I. L’esperimento di Goldhaber, elicita’ del neutrino).
Coniugazione di carica. Sua violazione in W. I.
CP e I mesoni K0 K1 e K2. Violazione di CP (Cronin et al. 1964).
Inversione temporale (T reversal). Teorema CPT.
05 – Le basi del calcolo di Feynman
Regola d’oro di Fermi: caso relativistico per decadimenti e sezioni d’urto.
Decadimento e scattering a due corpi.
Teoria “giocattolo” dei diagrammi di Feynman; le regole.
Calcolo di ampiezza di scattering M; applicazioni semplici.
Significato di “rinormalizzazione”.
04 – L’equazione di Dirac
Dimostrazione, I bispinori, le matrici (regole base).
Le regole di Feynman in QED. Vertice e propagatore.
Esempi di calcolo di M: scattering e-, sezione d’urto di Mott.
Annichilazione e+e-. e+e- quark-antiquark. Il rapporto R.
05 – Interazioni deboli (QFD, W. I.)
Correnti cariche: il decadimento beta inverso del muone.
Il decadimento del muone; decadimento del neutrone; il decadimento del pione.
Correnti neutre. Ipotesi e scoperta.
Il vertice della Z.; coefficienti C(v) e C(a). Costanti di accoppiamento.
Scattering ()-e-.
Il polo della Z in e+e-.
Stati chirali del fermioni: left-handed e right-handed.
Le correnti j+, j-, j3, j(em). Isospin e Ipercarica deboli.
Il “mixing” elettrodebole (GWS).
06 – Teorie di gauge e Lagrangiane
Equazioni di Lagrange relativistiche ed equazioni di campo.
Trasformazioni di gauge locali; invarianza della Lagrangiana di Dirac.
Termine di interazione corrente-campo.
Il termine di massa nelle Lagrangiane; rottura spontanea di simmetria.
Invarianza di gauge locale e generazione delle masse di W, Z. Un esempio.
07 – I neutrini solari e le oscillazioni di neutrino.
