B1046 - GRANDI CONQUISTE E TRAGUARDI DELLA FISICA DELLE PARTICELLE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente/essa possiede una conoscenza generale del percorso che ha dato origine alla moderna fisica delle particelle, dei principali risultati sperimentali che ne hanno caratterizzato l’evoluzione e delle più importanti ricadute tecnologiche che tali ricerche hanno avuto nella società contemporanea. Viene inoltre a conoscenza dello stato dell’arte delle ricerche di frontiera e delle principali direttive verso cui la comunità scientifica si sta muovendo per risolvere le più importanti questioni di fisica fondamentale ancora aperte

Contenuti

Struttura e ordine dei moduli

I moduli sono svolti nel seguente ordine temporale:
Modulo 3A → Modulo 2 → Modulo 3B e Modulo 1 (in parallelo)

Modulo 3A – Strumenti e concetti di base (8 ore)

Docente: Prof. Angelo Carbone
Introduzione ai fondamenti teorici e sperimentali della fisica delle particelle:
Modello Standard e questioni aperte; principali ambiti sperimentali (collisori, neutrini, materia oscura); sezione d’urto, luminosità e applicazioni ai collisori come il Large Hadron Collider; interazione radiazione–materia (ionizzazione, Bethe–Bloch, scattering multiplo, bremsstrahlung, sincrotrone); formazione e modellizzazione degli sciami; principi di rivelazione; tracciatori e calorimetri; ricostruzione delle tracce, misura dell’impulso, risoluzione ed effetti sperimentali.

Modulo 2 – Le grandi conquiste della fisica delle particelle (16 ore)
Docente: Prof. Cifarelli

Panoramica storica e concettuale delle principali scoperte: struttura del Modello Standard, numeri quantici e unità naturali; modello a quark e simmetrie di flavour; scoperta di charm, beauty, top e tau; colore, QED e QCD, libertà asintotica e running degli accoppiamenti; interazioni deboli, bosoni W e Z; DIS e modello a partoni; violazioni di P e CP, mescolamento dei quark; introduzione al Quark Gluon Plasma e alle evidenze sperimentali nelle collisioni di ioni pesanti.

Modulo 3B – Misure sperimentali recenti (8 ore)
Docente: Prof. Angelo Carbone

Esempi di risultati sperimentali moderni:
Studio del bosone di Higgs (produzione, decadimenti, massa e confronti con il Modello Standard); fisica del quark top; fisica del flavour (violazione di CP e decadimenti rari); neutrini massivi e oscillazioni; ricerche di materia oscura e interpretazione dei limiti sperimentali.

Modulo 1 – Sviluppi tecnologici negli esperimenti di fisica delle particelle (16 ore)
Docente: Prof. Alessandro Gabrielli (in parallelo agli altri moduli)

Tecnologie per la rivelazione e l’acquisizione dati:
microelettronica CMOS, nodi tecnologici, tecniche di radiation hardening per mitigare conseguenze da Single Event Effects e Total Ionizing Dose; Wafer multiproject MPW e Engineering RUN; annealing, ridondanza tripla (TMR); Evoluzione tecnologica dell'elettronica progammabile (CPU, FPGA/GPU); linee di trasmissione, cavi coassiali, Impedenza Caratteristica e Costante di Propagazione, Antenne; Fibre Ottiche; fotomoltiplicatori PMT e SiPM; Rivelazione di Luce di scintillazione e Cherenkov; Sistemi di Trigger e DAQ, Architetture di Rete Distribuite (Tier-0/1/2). Attività a Bologna e in Italia.

Testi/Bibliografia

A. Bettini, Introduction to Elementary Particle Physics, Cambridge University Press, 2014

 

Note e slides delle lezioni

Metodi didattici

Lezioni frontali con slide. Una parte delle lezioni è dedicata alla discussione di quesiti aperti.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame orale si apre con una presentazione di 10 minuti, preparata dal/dalla candidato/a con l’ausilio di slide, su un argomento a scelta del corso. La presentazione dovrà essere un approfondimento dell’argomento trattato a lezione. A seguire, la commissione proporrà altre domande, incluse eventuali richieste di chiarimento o di approfondimento, che potranno riguardare tutti gli argomenti trattati in tutti i moduli del corso.

La valutazione della prova orale è espressa in trentesimi (/30) e tiene conto sia della qualità della presentazione iniziale sia della correttezza, completezza e padronanza dimostrate nelle risposte ai quesiti posti dalla commissione. Il punteggio massimo (30/30, con eventuale lode) potrà essere attribuito esclusivamente in presenza di una presentazione chiara e ben strutturata e di risposte complete, corrette ed esaustive a tutte le domande. In caso di risposte parziali, imprecise o incomplete, il punteggio finale sarà ridotto da 1 a 4 punti per ciascuna domanda, in proporzione alle carenze riscontrate.

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Slides presentate a lezione e note su Virtuale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Gabrielli

Consulta il sito web di Luisa Cifarelli

Consulta il sito web di Angelo Carbone