80327 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente possiede le conoscenze di base della fisica nucleare e subnucleare. In particolare lo studente è introdotto alla fisica del nucleo atomico ed alla descrizione delle interazioni fondamentali che operano tra le particelle elementari.

Contenuti

Fisica nucleare

Le unità di misura nella fisica nucleare e subnucleare. Lo studio dei sistemi microscopici, la sezione d’urto. Le proprietà delle particelle microscopiche. La teoria della diffrazione di Kirchhoff. Il calcolo delle sezioni d’urto, sezione differenziale di diffusione, sezione d’assorbimento, teorema ottico, diffrazione di un disco circolare assorbente.

Il nucleo ed i suoi costituenti. Il raggio nucleare, sezione d’urto differenziale di neutroni su nuclei.

Energia di legame nucleare, il concetto di energia di legame, dati sperimentali. Il modello a goccia del nucleo, termini di volume, superficie, coulombiano, di asimmetria e pairing, formula di Weizsacker.

Richiami di meccanica quantistica, funzione d’onda, energia e quantità di moto, momento angolare orbitale e di spin, somma di momenti angolari. Particelle identiche, simmetria e antisimmetria della funzione d’onda, teorema spin-statistica.

Il nucleo come gas di fermioni, conteggio degli stati quantomeccanici di una particella microscopica in un volume, la espressione della energia di legame nucleare.

Il modello a shell del nucleo, il potenziale nucleare, energie di separazione, il potenziale di Saxon-Wood, interazione spin orbita in elettromagnetismo, interazione spin orbita nella interazione forte tra nucleoni, confronto con i dati sperimentali.

Fisica delle particelle elementari

Uno sguardo al modello standard, il concetto di particella, particelle antiparticelle e numeri quantici di sapore, leptoni quark e adroni, le interazioni elettromagnetiche deboli e forti, i parametri del modello standard.

Aspetti generali del Modello Standard. La stima della intensità relativa delle interazioni, l’emergere del concetto di campo quantizzato: equazione di Klein-Gordon. La descrizione delle interazioni naturali. Quanti reali e virtuali, i processi della QED, verifiche sperimentali, un accenno alle teorie di gauge.

Le interazioni forti. Il barione omega negativo, cariche di colore e gluoni, struttura di sapore delle interazioni forti, isospin, libertà asintotica e confinamento.Numeri quantici di sapore. Il modello a quark degli adroni, struttura degli adroni, masse spin a cariche elettriche, mesoni, barioni e antibarioni. Il modello a quark dei mesoni, i mesoni con quark leggeri, stati mesonici eccitati, schemi di decadimento e OZI rule. Il modello a quark dei barioni.

L’interazione debole. Il decadimento beta, il neutrino, l’analogia con l’elettrodimamica, l’antineutrino ed il campo W, processi di diffusione e cattura, universalità della interazione debole. Concetto di simmetria in fisica. La violazione della parità nelle interazioni deboli. Un accenno alla teoria elettrodebole, significato della violazione della parità, isospin e ipercarica debole, accenno al meccanismo di Higgs. Un accenno al miscelamento del sapore.

Testi/Bibliografia

Dispense del docente disponibili all'inizio delle lezioni.

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna ed esercitazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Informazioni generali sull'esame:

• l'esame consiste in una prova scritta e una prova orale;
• sono previsti sei appelli per anno accademico: tre nella sessione invernale, due in quella estiva ed uno in quella autunnale. Non sono previsti appelli straordinari;
• per poter sostenere le prove scritte e orali è necessario iscriversi attraverso la piattaforma AlmaEsami;
• fino a nuove disposizioni, le prove scritte sono effettuate solo su piattaforma online. Hanno una durata di 90 minuti e sono composte da circa 15 domande tra quesiti a risposta multipla e semplici problemi con risposta numerica, nell’ambito del programma di fisica nucleare e delle particelle elementari. Vengono assegnati mediamente 2 punti per ogni risposta corretta e si può accedere all’orale solo con una votazione maggiore o uguale a 18/30;
• il voto conseguito nella prova scritta vale per l’intero anno accademico. Gli studenti che vogliano migliorare il voto possono ripetere la prova scritta ma ciò comporterà l’annullamento dei voti precedenti (farà fede l'iscrizione in lista il giorno dello svolgimento della prova scritta);
• la prova orale può essere sostenuta in qualunque sessione successiva a partire da quella della prova scritta. La prova orale consiste in alcune domande su tutto il programma di fisica nucleare e subnucleare;
• il voto finale è indicativamente la media tra il voto dello scritto e quello dell’orale (30L=31/30);
• se si viene respinti all'orale, o si rifiuta il voto, il mantenimento del voto dello scritto è a giudizio della commissione. Si ricorda che, secondo il regolamento di ateneo, il rifiuto del voto deve essere accettato almeno una volta da parte del docente: dal secondo rifiuto è a discrezione del docente.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico fornito dal docente del corso e reso disponibile su VIRTUALE.

Materiale didattico fornito dal TUTOR del corso e reso disponibile su VIRTUALE.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nicola Semprini Cesari

Consulta il sito web di Tiziano Peraro