Università degli Studi di Napoli “Federico II” - Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Corso di Laurea in Fisica
Classe 25 “Scienze e Tecnologie Fisiche” del DM 509/99
Programmi degli insegnamenti dell’A.A. 2009/2010
Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare
Prof. Nicola Lo Iudice (gruppo 1)
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:
[email protected]
Tel. del docente:
081676157
Sito web del docente: http://www.docenti.unina.it/nicola.lo iudice
Codice del Corso di Laurea: 567
Codice dell’insegnamento: 26211
Scoperta della radioattività. Modello atomico di Thompson e Rutherford. Diffusione
(α, Nucleo). Sezione d’urto. Descrizione classica di Rutherford. Esperimento di
Geiger e Marsden. Scoperta del neutrone: esperimento di Chadwick.
Spettrometri di massa. Formula di massa. Energia di legame. Modello a goccia.
Modello a gas di Fermi. Cenni su proprietà delle stelle di neutroni
Decadimenti radioattivi
Legge del decadimento radioattivo. Teoria quantistica del decadimento radioattivo.
Regola d'oro di Fermi. Larghezza radioattiva . Decadimenti α, β, e γ. Q value,
Fenomenologia del decadimento β. Decadimento β+ β- e cattura elettronica.
Decadimento β dei nuclei dispari, pari-pari e dispari-dispari. Doppio decadimento β.
Fenomenologia decadimento α. Catene di decadimento.
Decadimento α.
Legge di Geiger e Nuttall. Teoria del decadimento α. Barriera Coulombiana ed Effetto
tunnel. Coefficiente di trasmissione, Fattore di Gamow. Momento angolare e parità
nel decadimento α.
Decadimento β
Teoria di Fermi del decadimento β: Kurie plot e massa del neutrino. Ft value.
Transizioni di Fermi e di Gamow-Teller. Regole di selezione: Decadimenti permessi e
proibiti ai vari ordini.
Decadimento γ
Energetica. Trattazione elementare dell'interazione della materia con la radiazione
elettromagnetica. Sviluppo in multipoli. Transizioni elettromagnetiche. Regole di
selezione. Distribuzione angolare. Conversione interna. Risonanza nucleare di
fluorescenza. Effetto Mossbauer.
Reazioni nucleari (cenni). Energetica. Reazioni dirette e di nucleo composto. Formula
di Breit-Wigner. Reazioni tra ioni pesanti.
Fissione. Meccanismo della fissione. Fissione spontanea e Fissione indotta. Emissione
di neutroni prompt e ritardati. Distribuzione di massa dei frammenti. Energia di
eccitazione e di attivazione. Distribuzione dei frammenti di fissione. Effetti di shell.
Isomeri di fissione. Reazioni di fissione controllata. Fattore K di riproduzione di
neutroni. Formula dei quattro fattori. Reattori nucleari. Esplosivi basati sulla Fissione.
Fusione. Cenni sulla Teoria della fusione. Fusione stellare. Ciclo p-p e del C. Reattori
di Fusione controllata. Criterio di Lawson. Confinamento magnetico e inerziale. Armi
termonucleari.
Scattering elastico di elettroni da nuclei. Fattore di forma e densità nucleare. Raggio
del nucleo e raggio quadratico medio.
Modello a shell nucleare. Evidenza sperimentale. Potenziale medio di Woods-Saxon.
Potenziale di Nilsson. Modello a shell e proprietà ottiche dei nuclei con un nucleone
di valenza. Momenti magnetici nucleari e linee di Schmidt.
Proprietà generali delle forze nucleari dedotte dall’analisi delle proprietà del deutone.
Proprietà di saturazione. Evidenza sperimentale dell’indipendenza delle forze nucleari
dalla carica: Spin isotopico. Formalismo dello spin isotopico. Forze di scambio e
forza tensoriale.
Equazioni relativistiche di Klein Gordon e Dirac. Concetto di campo. Proprietà dei
campi per rotazione e inversione. Parità intrinseca. Concetto di particella e
antiparticella (coniugazione di carica). Fotoni come intermediari della interazione
e.m. Cenni sui diagrammi di Feynman.
Teoria di Yukawa: predizione e scoperta del mesone π. : Potenziali di scambio di
mesoni.
Spin, parità e spin isotopico dei pioni. Numero barionico. Sistema pione-nucleone.
Risonanza Δ e conservazione dello spin isotopico.
Particelle strane. Stranezza e Ipercarica.
Decadimento del mesone K e violazione della parità nelle interazioni deboli.
Leptoni. Famiglie di leptoni. Numero leptonico e sua conservazione per ogni famiglia.
Massa dei neutrini. Oscillazione dei neutrini e sua evidenza sperimentale.
Struttura a quark di barioni e mesoni. Multipletti barionici e mesonici. Funzione
d’onda della Δ e necessità di un nuovo numero quantico, il colore. Il colore come
carica dei quark. I gluoni come l’analogo dei fotoni. Scoperta del Charm, Top e
Bottom. Modello a quark e predizioni delle masse e momenti magnetici degli adroni.
Quark pesanti. Stati legati. Il charmonio. Potenziale di interazione tra quark. Costante
di accoppiamento dell'interazione forte: running coupling constant e libertà asintotica.
Evidenza di quark e gluoni: produzione di jets. Scattering e+- e- e evidenza del colore.
Cenni sulla cromodinamica quantistica.
Deep inelastic scattering. Funzioni di struttura. Proprietà di scaling. Cenni sul
modello a partoni.
Interazioni elettrodeboli
Correnti cariche e neutre. Violazione di parità (P) e coniugazione di carica ( C ) nelle
interazioni deboli. Invarianza di CP. Illustrazione mediante il decadimento del mesone
μ. Equazione di Weyl per Fermioni di massa zero. Elicità. Particelle con massa:
Chiralità. Interazioni deboli: Bosoni intermedi. Interazioni deboli degli adroni.
Decadimenti leptonici, semileptonici e non leptonici. Angolo di Cabibbo e matrice
CKM. Decadimenti di mesoni neutri. Violazione di CP. Oscillazioni di stranezza.
Cenni sul modello standard.
Libri di riferimento
K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics (John Wiley, 1988)
B.R. Martin, Nuclear and Particle Physics (John Wiley, 2006)
B. Pohv, K. Rith, C. Scholz e F. Zetsche, Particelle e Nuclei, (Bollati Boringhieri,
1998)
