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Introduzione alla fisica delle interazioni fondamentali

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Introduction to the physics of fundamental interactions

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Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
FIS0134
Docente
Mariaelena Boglione (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo
Secondo semestre
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
FIS/02 - fisica teorica, modelli e metodi matematici
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Orale
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

L'obiettivo di questo insegnamento è quello di fornire una valida introduzione alla fisica delle interazioni fondamentali, cioè le interazioni o forze della natura che permettono di descrivere i fenomeni fisici a tutte le scale di distanza e di energia (interazione elettromagnetica, debole, forte e gravitazionale).
Sebbene ci sia ancora molto da imparare, oggi abbiamo una struttura teorica coerente ed unificata che è estremamente importante integrare nel curriculum della Laurea Triennale.
Questo insegnamento descrive ciò che è stato scoperto e compreso circa i costituenti elementari della materia, le leggi alle quali sono soggetti e le forze che agiscono su di loro. Tutto questo cercando il giusto compromesso tra il rigore matematico delle metodologie usate, tipiche della teoria dei campi, e le approssimazioni fenomenologiche.


The course deals with an introduction to the physics of fundamental interactions.
In physics, the fundamental interactions, also known as fundamental forces, are the interactions that do not appear  to be reducible to more basic interactions. There are four fundamental interactions known to exist: the gravitational and electromagnetic interactions, which produce significant long-range forces whose effects can be seen directly
in everyday life, and the strong and weak interactions, which produce forces at minuscule, subatomic distances and govern nuclear interactions.
Although we obviously have much more to learn, there now exists a coherent and unified theoretical structure that is simply too exciting and important to save for graduate school, the time has come to integrate elementary particle physics into the standard undergraduate curriculum.
To summarize, the course will describe what has been discovered and understood about the costituents of matter, the laws to which they are subjected, and the forces that act on them. All of this managing to find the right balance between mathematical rigor and approximated phenomenological applications.

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Gli studenti e le studentesse saranno in grado di sviluppare semplici applicazioni della teoria quantistica alla fisica delle interazioni fondamentali, con particolare riferimento a processi di urto ad alta energia.
Acquisteranno dimestichezza con i metodi con cui si costruiscono i modelli delle interazioni fondamentali e saranno in grado di descrivere le loro conseguenze fenomenologiche.
Questo insegnamento fornirà agli studenti e alle studentesse della Laurea Triennale un approccio primario e una preparazione preliminare per una trattazione piu` sofisticata a livello di Laurea Magistrale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

La/lo studente acquisirà buone capacità di padroneggiare ed applicare metodi matematici e numerici opportuni nella risoluzione di problemi complessi in Fisica Teorica, e saprà adoperarli  nella soluzione pratica delle applicazioni fenomenologiche di base nell'ambito della fisica delle particelle elementari.

Knowledge and understanding

The students will be able to develop simple applications of Quantum Theory to physics of fundamental interactions, in particular with reference to high energy collision processes. The students will learn how to build models of fundamental interactions and how to describe their phenomenological consequences. This course will be of use to beginning graduate students, either as a primary approach, or as preparation for a more sophisticated treatment.

 Applying knowledge and understanding

The students will acquire good skills and a deep comprehension of the mathematical methods necessary for the solution of complex problems in Quantum Field Theory. Furthermore, they will be able to apply them to some basic phenomenological applications in quantum field theory.

 

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Programma

  • Introduzione storica alle particelle elementari.
  • Dalla meccanica quantistica alla fisica nucleare.
  • Teorie di campo: come le particelle sono fatte e come scompaiono.
  • Teoria del propagatore
  • sviluppi perturbativi e matrice S
  • Diagrammi di Feynman.
  • Elettrodinamica quantistica.
  • Interazioni deboli ed interazioni forti: tempi moderni (1960 al 1983)
    Nuove macchine acceleratrici e nuove forme di materia.

La "fenomenologia" della fisica delle interazioni fondamentali costituisce il legame tra teoria ed esperimento. Data una certa teoria la fenomenologia si prende cura di calcolare i valori aspettati per ogni osservabile misurata in un certo esperimento.

 

  • Historical introduction to the elementary particles.
  • From quantum mechanics to nuclear physics.
  • Quantum fields, or how particles are made and how they disappear.
  • Propagators and perturbative expansions
  • S Matrix
  • Feynman diagrams.
  • Quantum Electrodynamics. Electodynamics of quarks and hadrons.
  • Modern times, 1960 - 1983, weak interactions, strong interactions.
    Recent developments.

To summarize: the phenomenology of physics of fundamental interactions constitutes the link between theory and experiments in particle physics. Given a certain theory, the phenomenology takes care of calculating the expected value for a given observable in a given experiment: for example, the rate of production of a certain species of particles, or their lifetime, or their decay rate into a channel or another, and more.

 

 

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali (48 ore) in aula svolte con l'ausilio della lavagna. Tutto il materiale didattico sarà messo a disposizione sulla piattaforma Moodle. Qualora le lezioni in presenza non fossero possibili per le restrizioni dovute ad emergenza sanitaria, si svolgeranno on-line sulla piattaforma Webex. Questo e' il link per seguire le lezioni a distanza:

https://unito.webex.com/meet/mariaelena.boglione

Class-taught lessons (48 hours) if at all possible. In the unfortunate case of a lock-down, lectures will be recorded and the students will be able to follow the lectures using this link:

https://unito.webex.com/meet/mariaelena.boglione

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si terrà esclusivamente in forma orale. Verranno poste due domande: la prima verterà su un argomento generale (tra quelli svolti a lezione) e richiederà una esposizione approfondita seppur sintetica dei tratti fondamentali del tema richiesto. La seconda riguardera' un aspetto più dettagliato di uno degli argomenti svolti in aula e comporterà una risposta breve e puntuale.

 

The Examination, in an oral form only, will consist of two questions: one, on a very general topic, will require a rather detailed, but self contained, presentation of the most important features of the assigned topic. The second, will focus on a more detailed aspect of the theory and will require a brief answer, right on the spot.

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Attività di supporto

Tutto il materiale didattico sara' reso disponibile sulla piattaforma Moodle

Lectures notes and all necessary teaching material will be will be made available on Moodle

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Altro
Titolo:  
IFIF an elementary introduction to fundamental interactions, lecture notes
Descrizione:  
Lecture notes will be made available on Moodle
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Introduction to elementary particles
Anno pubblicazione:  
2008
Editore:  
Wiley
Autore:  
David Griffiths
ISBN  
Permalink:  
Obbligatorio:  
No


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Quantum Field Theory for the gifted amateur
Anno pubblicazione:  
2015
Editore:  
Oxford University Press
Autore:  
T. Lancaster and S. Blundell
ISBN  
Obbligatorio:  
No


Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 27/02/2024 10:36
    Location: https://fisica.campusnet.unito.it/robots.html
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