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Oggetto:
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Introduzione alla fisica nucleare e subnucleare

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Introduction to NUclear and Subnuclear Physics

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Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
MFN1316
Docente
Prof. Marco Costa (Titolare del corso)
Insegnamento integrato
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/04 - fisica nucleare e subnucleare
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
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Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Presentare le metodologie principali utilizzate per lo studio della struttura dei nuclei e delle particelle, illustrando sia i modelli teorici sia le tecniche sperimentali impiegate Descrivere le principali conoscenze acquisite in fisica nucleare e subnucleare dall'esperienza di Rutherford alla formulazione del modello a quark statico. Illustrare alcune delle principali applicazioni della fisica nucleare e subnucleare.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza delle principali proprieta' fisiche dei nuclei e delle particelle

Capacita' di effettuare un calcolo completo di sezione d'urto o di tasso di reazione per alcuni processi notevoli e di procedere ad un confronto quantitativo fra teoria e  esperimento.

Conoscenza delle tecniche sperimentali utilizzate negli esperimenti di fisica nucleare e particellare.

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Programma

TEORIA

Prospettiva storica; lessico, grandezze e unità di misura; i costituenti della materia e loro interazioni; sezione d'urto per diffusione Coulombiana; simmetrie, continue e discrete e leggi di conservazione; principali classi di esperimenti e degli strumenti utilizzati; fenomeni fisici sfruttati per la rivelazione delle particelle; probabilità di transizione nell'unità di tempo.
Proprietà generali dei nuclei (costituenti "classici" dei nuclei e loro scoperta, masse nucleari ed energia di legame. Parametrizzazione dell'energia di legame. Dimensioni e geometria dei nuclei; diffuzione elastica elettrone-nucleo; distribuzione di carica e materia nei nuclei; fattore di forma in appros. di Born; diffusione inelastica e-nucleo; diffusione quasi-elastica e-nucleo. Momento di Fermi.
Stabilità e instabilità dei nuclei. Proprietà generali della forza nucleare; Modelli di potenziale fenomenologici; forze di scambio, evidenza sperimentale; L'ipotesi di Yukawa e cenni su la teoria mesonica delle forze nucleari; decadimento nucleare e sue leggi; decadimento beta, fenomenologia e sintesi della teoria di Fermi; decadimenti alfa ed elettromagnetici; fissione nucleare.
Struttura dei nucleoni. Diffusione elastica e-N; fattori di forma elettrici e magnetici; stati eccitati dei nucleoni; esperimenti di diffusione profondamente anelastica elettrone-protone; funzioni di struttura e cenni al modello a partoni; struttura a quark dei nucleoni; quark di valenza e del "mare". Carica, spin e distribuzioni di momento; quark costituenti. Gluoni.
Produzione di particelle in collisioni e+/e-:Fasci di particelle in collisione; annichilazione in coppie di leptoni o quark, adronizzazione; Numero quantico di  "colore"; produzione di risonanze in annichilazione e+/e-; evidenza sperimentale sull'emissione di gluoni. 
Sistemi composti di quark: gli adroni (Combinazioni quark-antiquark; mesoni con quark leggeri; multipletti mesonici, numeri quantici, isospin, stranezza; mesoni pseudoscalari e vettori; barioni composti da quark u,d,s. Iperoni; esperimenti di formazione e di produzione).

 

THEORY

Historical perspective, terminology, physical quantities and units, the constituents of matter and their interactions, cross sections for Coulomb diffusion; continuous and discrete symmetries, conservation laws, main classes of experiments and instrumentation used; physical phenomena utilized for particle detection; transition probability vs. time.

 General properties of nuclei (“classical” constituents and their discovery, nuclear masses and bond energy. Parameterization. Dimensions and geometry of nuclei, electron-nucleus elastic diffusion; charge and matter distributiion in nuclei, form factor, 1st Born approximation; electron-nucleus inelastic diffusion; quasi-elastic electron-nucleus diffusion. Fermi momentum).

Nuclear stability and instability (nuclear force, general properties; phenomenological potential; exchange forces, experimental evidence; Yukawa hypothesis and brief outline of mesonic theory of nuclear forces; nuclear decay and its laws; beta decay, phenomenology and summary of Fermi theory; alfa and electromagnetic decays; nuclear fission).

Structure of nucleons (e-N elastic diffusion; electrical and magnetic form factors; excited states of nucleons; experiments on deeply anelastic lepton diffusion; structure functions and brief outline of the parton model; quark structure of nucleons; valence and sea quarks; charge, spin and momentum distributions; constituents quarks. Gluons).

Systems composed of quarks: hadrons (quark-antiquark combinations; mesons with light quarks; mesonic multiplets, quantum numbers, isospin, strangeness; pseudoscalar and vector mesons; barions composed of u,d,s, quarks.  Formation and production experiments).

Testi consigliati e bibliografia

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Dispense a cura di M. Costa 

B. Povh et al., Particelle e Nuclei, Bollati e Boringhieri (2000)

D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, IV edizione, University Press Cambridge (2000)



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Note

-Propedeuticita': Mecannica Quantistica I

-Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata

-Modalita' d'esame: colloquio orale

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Ultimo aggiornamento: 16/04/2015 15:14