94254 - THEORY OF THE STANDARD MODEL: ADVANCED TOPICS

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

This course provides an in-depth and critical view on the key aspects of the Standard Model of particle physics. It presents its successes and its limitations, theoretical as well as experimental, and the main avenues currently explored to go beyond it. At the end of the course the students will be able to understand the open problems at the frontier of high energy physics and will have developed the theoretical skills necessary to tackle them.

Contenuti

Modulo 1

0. Panoramica del corso. Sommario del modello standard (struttura di gauge, interazioni fondamentali, contenuto particellare) e discussione dei problemi teorici e fenomenologici aperti.

1. Fisica dei neutrini.

Storia della fisica dei neutrini. Neutrini nel modello standard: interazioni deboli, neutrino scattering e numero di neutrini attivi; Teoria delle oscillazioni dei neutrini: nel vuoto e nella materia. Fenomenologia delle oscillazioni di neutrini: breve panoramica dello status sperimentale. Stato attuale della conoscenza dei neutrini e domande per il futuro. Natura dei neutrini: particelle di Majorana e Dirac, doppio decadimento beta senza neutrini; Masse dei neutrini: masse di Dirac e Majorana. Origine delle masse dei neutrini oltre il Modello Standard: modelli see-saw e altri modelli di masse a scale diverse, loro motivazioni teoriche e conseguenze sperimentali. Il problema del sapore nell'ambito leptonico.

 
Modulo 2

2. Interazioni forti e Chromodinamica quantistica. 

Principali risultati sperimentali con inquadramento storicoTeorie di Yang-Mills, QCD. Quantizzazione delle teorie di gauge.Correzioni quantistiche e rinormalizzazione: approcci perturbativi, formulazioni non perturbative, gruppo di rinormalizzazione (RG) a la Wilson, teorie di campo effettive (EFT)Sicurezza asintoticaUrti altamente inelasticiStruttura adronica: modello a cartoni, funzioni di struttura, distribuzioni partoniche, fattorizzazione collinare, equazioni DGLAP.Formulazioni per regimi ad alta densità partonica.Processi d’urto.

 

Modulo 3

3. Il settore elettrodebole del Modello Standard

Lagrangiana del Modello Standard, il settore di Higgs e la rottura spontanea della simmetria elettrodebole. Realizzazione lineare e non lineare della simmetria di gauge. Unitarietà perturbativa e WW scattering, limiti di trivialità e stabilità, il problema della gerarchia.

Fenomenologia del bosone di Higgs: modi di produzione ai collider e diversi canali di decadimento.

Correzioni radiative e rinormalizzazione del settore elettrodebole. Fenomenologia dei bosoni W e Z e fisica di precisione elettrodebole.

Fenomenologia del quark Top: produzione, decadimento e determinazione degli accoppiamenti.

Legami ed effetti reciproci fra i settori dell’Higgs, di Gauge e del top quark e possibili effetti di fisica oltre lo SM: introduzione all’approccio di teoria effettiva.

Testi/Bibliografia

- C. Giunti and C. W. Kim,

Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics

Oxford University Press, USA, 2007

 

- M. E. Peskin and D. V. Schroeder,

An Introduction to Quantum Field Theory,

(Addison Wesley, 1995)

 

- C.P. Burgess, G. Moore,

“The Standard Model: A Primer”,

Cambridge University Press

- Paolo Nason,

Introduction to perturbative QCD (PDF)

- Michelangelo Mangano,

Introduction to QCD (PDF)

- Böhm, Denner , Joos

Gauge Theories of the Strong and Electroweak Interaction

Springer Fachmedien Wiesbaden, 2012


- Ayres Freitas

Precision Tests of the Standard Model (PDF)

 

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna/online (in presenza e/o da remoto), integrate da esercitazioni e seminari su argomenti di particolare rilevanza

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prova orale, inclusa la presentazione (slides) di un argomento avanzato

 
 

Strumenti a supporto della didattica

Diapositive (PDF) per lezioni specifiche, risorse web per approfondimenti.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Pascoli

Consulta il sito web di Gian Paolo Vacca

Consulta il sito web di Davide Pagani