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Fisica nucleare a basse e alte temperature

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Nuclear Physics s at low and high temperature

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Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
FIS0082
Docenti
Prof. Maria Benedetta Barbaro (Titolare del corso)
Prof. Wanda Maria Alberico (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-101 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica Nucleare e Subnucleare e Biomedica
008510-102 Laurea Magistrale in Fisica ind. Astrofisica e Fisica Teorica
008510-103 Laurea Magistrale in Fisica ind. Fisica dell'Ambiente e delle Tecnologie Avanzate
Anno
1° anno 2° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico
Tipologia
D=A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/02 - fisica teorica, modelli e metodi matematici
FIS/04 - fisica nucleare e subnucleare
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Buona conoscenza della Meccanica Quantistica, di concetti di base della fisica nucleare e delle particelle, della relatività.
Good knowledge of Quantum Mechanics, of basic concepts od nuclear and particle physics, of special relativity.
Propedeutico a
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Introdurre le problematiche legate alla trattazione teorica di sistemi complessi, quali i nuclei atomici (a temperatura zero) e il plasma di quark e gluoni (ad alta temperatura) e presentare le principali tecniche (perturbative e non) utili per una descrizione accurata entro i limiti desiderati. A tal fine vengono introdotte le principali nozioni della trattazione di un sistema di particelle (fermioni o bosoni) mediante la teoria dei campi, sia a temperatura zero che a temperatura finita.

The goal is to introduce issues connected with the theoretical treatment of complex systems, like atomic nuclei (at zero temperature) and the quark gluon plasma (at high temperature); the main perturbatuve and non-perturbative techniques are introduced, which are useful for an accurate description within controlled limits. For this purpose the main items concerning the treatment of a system of particles (fermions or bosons) are introduced, using field theory, both at zero and at finite temperature.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Conoscenze approfondite della meccanica quantistica e della teoria quantistica dei campi.

Conoscenza approfondita sui principali metodi, perturbativi e non perturbativi, di teoria dei campi quantistica applicata allo studio di sistemi a molti corpi sia a temperatura zero che a temperatura finita.

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

Comprensione della sinergia e dialettica fra sviluppi teorici e progressi sperimentali, verifica ed applicazione di modellizzazioni di sistemi fisici complessi.

Capacità di scelta dei modelli e degli strumenti matematici più opportuni nella risoluzione di problemi relativi a sistemi complessi, dipendentemente dalle caratteristiche fisiche del sistema in oggetto (materia ordinaria o materia in condizioni estreme di temperatura e densità)

Knowledge and understanding

In-depth knowledge on Quantum Mechanics and on Quantum Field Theory

In-depth knowledge on the main methods, perturbational and non perturbational, of Quantum Field Theory applied to the study of many body system both at zero and at finite temperature.

Applying knowledge and understanding

Understanding of the synergy and dialectics among theoretical developments and experimental progresses, verification and application of modelization of complex physical systems.

Capability to choose the most suitable mathematical models and instruments for the resolution of the problems related to complex systems, depending on the physical characteristics of the investigated system (ordinary matter or matter in critical condition of temperature and density).

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Modalità di insegnamento

Lezioni frontali svolte alla lavagna.

Class-taught lessons at the blackboard.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame è costituito da una prova orale, della durata tipica di 40-50 minuti, nella quale viene chiesto di affrontare ab initio due, o al più tre, argomenti svolti a lezione, impostando il problema dal punto di vista sia fisico che matematico. In caso di non superamento dell'esame la ripetizione dello stesso deve avvenire almeno due settimane dopo la prima prova.

The exam consists of an oral examination, typically lasting 40-50 minutes,during which the student is required to present ab initio two, or at more three, topics taught during the course, setting up the problem from both a physical and mathematical point of view. If the exam is failed, the student can redo it after at least two weeks from the first trial.

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Attività di supporto

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Programma


1) Richiami sulla seconda quatizzazione: Operatori di campo e funzioni di Green.

2) Temperatura zero: 
 
   - Studio di sistemi di fermioni e bosoni interagenti.
   - Approssimazione di Hartree-Fock; diagrammi a scala ed equazione di
   Bethe-Salpeter; equazione di Dyson; Hartree-Fock dipendente dal tempo,
   ovvero Random Phase Approximation.
   - Teoria della risposta lineare e modi collettivi.
   - Cenni su modelli nucleari relativistici: Relativistic Mean Field theory.

3) Temperatura finita:

   - Richiami sul formalismo gran canonico
   - Campi di Matsubara
   - Funzione di Green a temperatura finita e relazioni con osservabili fisiche
   - Sviluppo perturbativo della funzione di partizione
   - Diagrammi e regole di Feynman
   - Equazione di Dyson

1) Short recollection about second (field) quantization: field operators and Green's functions

2) Zero Temperature:

  - Systems of interacting Fermions and Bosons.

  - Hartree-Fock approximation; ladder diagrams and the Bethe-Salpeter equation; Dyson equation, Time dependent Hartree-Fock (alias: Random Phase Approximation)

  - Linear response theory and collective modes.

  - Short introduction to relativistic nuclear models: the Relativistic Mean Field theory.

3) Finite Temperature:

   - Recollections about Grand Canonical Formalism

   - Matsubara's fields - Finite temperature Green's functions and relations with physical observables

   - Perturbative expansion of the partition function.

   - Feynman diagrams and rules.

   - Dyson equation at finite T.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Fetter, A. L.; Walecka, J. D. (2003).
Quantum Theory of Many-Particle Systems.
New York: Dover. ISBN 0-486-42827-3

Ring, P. and Schuck, P. (2004).
Nuclear Many Body Problem.
Springer, ISBN: 3-540-212

Nozières, P. (1997).
Theory of Interacting Fermi Systems.
Addison-Wesley. ISBN 0-201-32824-0.

J.I. Kapusta (1993)
Finite Temperature Field Theory
Cambridge Univ. Press

M. Le Bellac (2000)
Thermal Field Theory
Cambridge Univ. Press

Appunti dei docenti

Fetter, A. L.; Walecka, J. D. (2003).
Quantum Theory of Many-Particle Systems.
New York: Dover. ISBN 0-486-42827-3

Ring, P. and Schuck, P. (2004).
Nuclear Many Body Problem.
Springer, ISBN: 3-540-212

Nozières, P. (1997).
Theory of Interacting Fermi Systems.
Addison-Wesley. ISBN 0-201-32824-0.

J.I. Kapusta (1993)
Finite Temperature Field Theory
Cambridge Univ. Press

M. Le Bellac (2000)
Thermal Field Theory
Cambridge Univ. Press

Lecture notes.



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Orario lezioni

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Note

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Ultimo aggiornamento: 05/06/2017 14:20
Location: https://fisica.campusnet.unito.it/robots.html
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