Programma del corso di Fisica subatomica

Programma del corso di Fisica subatomica
(G. Pagliara)
-) Breve storia della fisica delle particelle (slides).
Relativita' ristretta:
-) Richiami di relativita' Galileiana, spazio-tempo di Minkowski, metrica e quadrivettori,
trasformazioni di Lorentz del quadrivettore posizione. Invarianza dell'equazione d'onda
per trasformazioni di Lorentz*. Esperimento di Michelson-Morley*.
-)Simultaneita' e successione temporale, diagrammi di Minkowski, dilatazione dei
tempi e contrazione delle lunghezze, tempo proprio, quadrivelocita' e quadrimpulso di
una particella. Quadriaccelerazione quadriforza e moto uniformemente accelerato in
relativita' speciale*.
-) Applicazioni ed esercizi di relativita' ristretta: effetto Doppler, conferma della
dilatazione dei tempi attraverso la vita media dei muoni, paradosso dei gemelli,
trasformazioni di Lorentz delle velocita'. Aberrazione relativistica*, relativistic
beaming*.
Cinematica relativistica, processi d'urto e sezioni d'urto:
-) Massa di un sistema composto, processi d'urto elastici e anelastici e conservazione
del quadrimpuslo, sistemi di riferimento del centro di massa e del laboratorio.
-) Urti elastici tra particelle di massa diversa*, relazione tra angoli di scattering nei
sistemi di riferimento del laboratorio e del centro di massa*.
-) Urti anelastici, produzione di particelle e condizione di soglia, processi di
annichilazione.
-) Esempi: effetto Compton, fotoproduzione di pioni, misura della massa di raggi
cosmici attraverso l'urto elastico*.
-) Dinamica degli urti, il concetto di sezione d'urto, calcolo della sezione d'urto di
Rutherford tramite la regola d'oro di Fermi, fattori di forma.
Elementi di Fisica nucleare:
-) La struttura del nucleo, fattori di forma, massa dei nuclei, valle di stabilita',
abbondanze dei nuclei nell'Universo.
-) Energia di legame, formula semi-empirica della massa. Modello a gas di Fermi*.
-) Energetica delle reazioni nucleari. Cenni su fissione spontanea, fissione indotta e
fusione. Il principio di funzionamento delle centrali nucleari: combustibile, moderatore
e assorbitore*.
Decadimenti delle particelle subatomiche:
-) Decadimenti delle particelle, legge di decadimento esponenziale, decadimenti a due
corpi e a tre corpi. Dalitz plot nel decadimento a tre corpi*.
-)Decadimenti dei nuclei, decadimento alpha (legge di Geiger-Nuttal), decadimento
gamma, decadimenti beta+, beta-, cattura elettronica.
-) Decadimenti delle particelle subnucleari: il decadimento del neutrone libero, cenni
alla teoria di Fermi sull'interazione debole.
La costruzione del modello standard delle particelle elementari:
-)L' ipotesi sull'esistenza neutrino di Pauli, Kurie plot, sezione d'urto interazione
debole. Violazione di parita' nel decadimento debole* e decadimenti deboli del pione
carico*.
-) Scoperta dell'antineutrino, famiglie di neutrini e antineutrini, esperimenti con fasci di
neutrini, i leptoni carichi, conservazione del numero leptonico
-) Gli adroni e i quarks: cenni sul modello “naive” e sul modello a partoni, la risonanza
Delta, l'interazione forte. Conservazione dell'isospin e scattering pione nucleone*.
-) I fermioni fondamentali del modello standard, leggi di conservazione.
-) I concetti di particella di interazione e di propagatore (equazione di Klein-Gordon). I
bosoni dell'interazione debole negli esperimenti di alte energie.
-)Cenni sull' unificazione elettrodebole e teoria di Fermi come limite di basse energie
dell'interazione debole.
-) Alcune tematiche di ricerca attuali: la scala di Planck, extra-dimensions, cenni sulle
oscillazioni dei neutrini, materia nucleare ad alta densita', dark matter, dark energy.
Nota: gli argomenti contrassegnati da *, sono pertinenti solo al corso da 9 crediti.