DIPARTIMENTO DI FISICA ED ASTRONOMIA
Corso di laurea magistrale in Fisica
Anno accademico 2016/2017 - 2° anno - Curriculum FISICA
NUCLEARE E SUB-NUCLEARE
FISICA DELLE PARTICELLE ELEMENTARI II
6 CFU - 1° semestre
Docente titolare dell'insegnamento
ALESSIA RITA TRICOMI
Email: [email protected]
Edificio / Indirizzo: Dipartimento di Fisica e Astronomia - Via S. Sofia 64
Telefono: 0953785435
Orario ricevimento: Mar 12-13
OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso si propone di approfondire alcune tematiche avanzate relative alla fenomenologia delle particelle
elementari, con particolare riguardo alle linee di ricerca più attuali condotte agli acceleratori recenti (LEP
e TeVatron) e attuali (LHC). Lo studente acquisirà una comprensione critica in particolare, sui temi relativi
al Modello Standard, alla ricerca del bosone di Higgs e alle possibili estensioni supersimmetriche del
Modello Standard. Lo studente acquisirà gli elementi fondamentali per comprendere la fenomenologia dei
processi di interazione fondamentale, sviluppando una notevole comprensione dei metodi scientifici
applicati nel campo.
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
Comprensione critica dei principi fondamentali sui cui si base il Modello Standard. Comprensione dei
metodi di misura e delle tecniche di ricerca.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare gli elementi distintivi nella fisica ai collider. Capacità di comprendere le analogie e
le differenze tra le misure a collider leptonici e adronici. Capacità di estrapolare i concetti appresi a
ricerche future. Capacità di identificare gli elementi chiave per le misure di precisione e per la fisica di
scoperta.
Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica delle Particelle Elementari, utilizzo del
linguaggio scientifico e della terminologia tipica della Fisica delle Particelle Elementari.
Capacità di apprendimento (learning skills).
Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della
capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica delle particelle che in ambiti
contigui.
PREREQUISITI RICHIESTI
Non sono richieste propedeuticità obbligatorie ma sono fortemente consigliati i corsi “Meccanica
quantistica avanzata”, “Fisica delle Particelle 1”, “Teoria della Interazioni Subnucleari”
FREQUENZA LEZIONI
La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata
CONTENUTI DEL CORSO
Richiami delle proprietà di leptoni e quark e delle teorie di gauge (lagrangiana QED e QCD)
Cromodinamica quantistica (QCD). Proprietà dei quark e dei gluoni. Libertà asintotica e
confinamento. Dipendenza delle costanti di accoppiamento dall’energia. Jet di adroni: proprietà e
identificazione dei jet. Sfericità, thrust e variabili topologiche. Misure di αstrong nei decadimenti del
tau ed in eventi a multi-jet.
Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli. Lagrangiana elettrodebole. Bosoni di gauge privi
di massa. Meccanismo di rottura spontanea della simmetria.
Proprietà dei bosoni Z e W: correnti neutre e correnti cariche. Decadimento e proprietà dei bosoni
vettori intermedi.
Fisica elettrodebole: misure di precisione (sin2θW, Z lineshape parameters, massa e sezione d'urto
del W, numero di famiglie di neutrino, top quark). Tecniche di analisi e identificazione dei leptoni e
degli eventi adronici. Tagging dei jet contenenti quark b. Tagging degli eventi con leptoni tau. Test
di precisione del Modello Standard.
Il problema delle masse: il meccanismo di Higgs. Ricerca del bosone di Higgs SM. Risultati degli
esperimenti LEP e del Tevatron. La scoperta del bosone di Higgs ad LHC.
Fisica dei sapori pesanti: charm, bottom, top. Proprietà dei quark pesanti. Risultati più recenti nel
settore dei quark pesanti ai collider e+e- e agli hadron collider.
Violazione di CP: violazione di CP nel settore dei K e dei B. Matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa.
Misura del sin 2β. Decadimenti diretti ed indiretti. Mixing. Oscillazione dei mesoni B neutri. B
factories. Triangolo di unitarietà e UTFit.
Oltre il modello Standard: i limiti del MS. Estensioni del MS. Grande Unificazione. I bosoni di Higgs
nelle estensioni del Modello Standard. MSSM: ricerca di particelle supersimmetriche (LEP e
Tevatron). Ricerca di particelle supersimmetriche ad LHC.u
TESTI DI RIFERIMENTO
Si consiglia l'utilizzo degli appunti e delle dispense che vengono fornite durante il corso.
Possibili testi di riferimento da non considerarsi esaustivi:
Dynamics of the Standard Model - J. Donoughue -Cambridge Mongraphs
Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics - F. Halzen, A.D. Martin
Introduction to Particle Physics - A. Bettini - Cambridge University Press
PROGRAMMAZIONE DEL CORSO
* Argomenti
1
Richiami delle proprietà di leptoni e quark e delle teorie di gauge (lagrangiana
QED e QCD)
2
* Cromodinamica quantistica (QCD). Proprietà dei quark e dei gluoni. Libertà
asintotica e confinamento.
3
* Running delle costanti di accoppiamento
4
Riferimenti
testi
2-3
Proprietà e identificazione dei Jet
5
* Misure di alpha strong
6
* Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli
1-2
7
* Lagrangiana elettrodebole
1-2
8
* Bosoni di gauge privi di massa
1-2
9
* Unificazione elettrodebole
1-2
10 * Meccanismo di rottura spontanea della simmetria
11 * Proprietà dei bosoni Z e W: correnti neutre e correnti cariche. Decadimento e
proprietà dei bosoni vettori intermedi.
12 * Fisica elettrodebole: misure di precisione (sin2thetaW, Z lineshape
parameters, massa e sezione d'urto del W, numero di famiglie di neutrino, top
quark).
13
Tecniche di analisi e identificazione dei leptoni e degli eventi adronici. Tagging
dei jet contenenti quark b. Tagging degli eventi con leptoni tau.
14 * Test di precisione del Modello Standard
15
Fisica dei sapori pesanti: charm, bottom, top. Proprietà dei quark pesanti.
Risultati più recenti nel settore dei quark pesanti ai collider e+e- e agli hadron
collider
16 * Violazione di CP: violazione di CP nel settore dei K e dei B. Matrice di CabibboKobayashi-Maskawa.
1-2
17
Misura del sin 2beta. Decadimenti diretti ed indiretti. Mixing. Oscillazione dei
mesoni B neutri. B factories. Triangolo di unitarietà e UTFit.
18 * Ricerca del bosone di Higgs SM. Risultati degli esperimenti LEP e del Tevatron.
19 * La scoperta del bosone di Higgs ad LHC
20
Oltre il modello Standard: i limiti del MS. Estensioni del MS. Grande
Unificazione. I bosoni di Higgs nelle estensioni del Modello Standard
21
MSSM: ricerca di particelle supersimmetriche (LEP e Tevatron). Ricerca di
particelle supersimmetriche ad LHC
* Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame.
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non
sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente
alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
PROVA D'ESAME
MODALITÀ D'ESAME
Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla
verifica delle capacità critiche dello studente di confrontarsi con le problematiche fenomenologiche e
sperimentali proprie della fisica delle particelle. Si verificherà la capacità e la chiarezza di esposizione,
l’abilità ad inquadrare il tema richiesto in un contesto generale e la capacità di utilizzo degli strumenti
fisici e di calcolo appresi.
Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il
peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente.
