87966 - ASTROPARTICLE PHYSICS

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

At the end of this course students will learn about the physical mechanisms behind the acceleration, propagation and energy evolution of cosmic rays on a variety of astrophysical scales and environments, and about the observational and experimental methods to detect them. The course will also give an overview of open challenges in our understanding of neutrinos and dark matter candidates, closely connecting between astrophysics and particle physics.

Contenuti

  1. Panoramica generale e storica sulle “astroparticelle” in astrofisica: raggi cosmici, neutrini, materia oscura.
  2. Panorama sul Modello Standard delle particelle e delle forze fondamentali.
  3. Processi di accelerazione di raggi cosmici: riconnessione, i meccanismi di Fermi I e II. Teoria della Diffusive Shock Acceleration. Caso di studio: brillamenti solari, resti di Supernova e radio relics
  4. Perdite di energia dei raggi cosmici: perdite di ionizzazione, interazioni nucleari, sincrotrone, inverse compton, bremsstrahlung, perdite adiabatice e photo-pion e pair production. Caso di studio: emissioni diffuse in ammassi di galassie e nubi molecolari.
  5. Propagazione dei raggi cosmici: forza di Lorentz, diffusione dei raggi cosmici in diversi regimi e turbolenza.
  6. Gli Ultra High Energy Cosmic Ray.
  7. Raggi cosmici nella Via Lattea: sorgenti, composizione, distribuzione spaziale.
  8. Osservazioni dirette ed indirette di raggi cosmici
  9. Neutrini. Sorgenti, oscillazioni e strategie di rilevazione.
  10. Materia Oscura: modello standard, origini cosmologiche, possibili candidati e strategie di osservazione.

Testi/Bibliografia

Le slides fornite dal docente sono organizzate in modo da coprire idealmente tutti gli argomenti affrontati a lezione.

Come testi di riferimento a supporto della maggior parte delle lezioni, consiglio:

High Energy Astrophysics 3rd Edition, by Prof. Malcolm S. Longair

Probes of Multlimessenger Astrophysics, by Prof. Maurizio Spurio

Il docente suggerirà di volta in volta articoli o altre fonti per approfondimenti a piacere su specifici argomenti.

Metodi didattici

Lezioni frontali (o da remoto).

Gli aspetti più teorici della fisica delle particelle vengono presentati con esempi e piccoli problemi numerici, in modo da permettere agli studenti di impratichirsi con gli aspetti pratici della ricerca in questo campo.

Quiz (anonimi) tramite la piattaforma Kahoot durante il corso, per verificare il livello di apprendimento della classe.

Esempi ed applicazioni tratte dagli sviluppi più recenti dell'astrofisica.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Durante il corso: problemi teorici e numerici da svolgere volontariamente, e confrontare con il docente.

Alla fine del corso: prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Slides (PDF), quiz su kahoot (https://kahoot.com) , fonti web per approfondimenti proposti dal docente.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Franco Vazza