ISTITUZIONI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE

A. A. 1996-97

Prof. Giuseppina Orlandini

Oggetto e obiettivi del corso

Argomenti effettivamente svolti

• Ordini di grandezza tipici del mondo subatomico.

• Cenni storici sulle tappe principali che hanno portato ad individuare un ambito subatomico:
  
  Conduzione nei gas rarefatti, scoperta dell' elettrone e del protone. Sostanze radioattive, raggi alfa, beta e gamma. Legge del decadimento radioattivo, serie di disintegrazione naturale. La scoperta del neutrone. Raggi cosmici. Spettrografia di massa. Radioattivita' beta e neutrino.

• Richiamo di cinematica relativistica :
  
  Conservazione del quadrimpulso nelle reazioni. Massa invariante.

• Tecniche sperimentali:
  
  Gli acceleratori. I generatori elettrostatici Van der Graaff e Tandem, acceleratori lineari, sincrotroni, colliders, cenni sull'ottica di fasci. Interazione radiazione materia: particelle cariche pesanti, elettroni, fotoni, particelle neutre. Rivelatori. Contatori a scintillazione, rivelatori a semiconduttori, camere a bolla, camere a nebbia, camere a scintilla, camere a fili, camere a proiezione temporale.

• Diffusione:
  
  Definizione di sezione d'urto, sezioni d'urto differenziali, sezioni d'urto totali. Collisione di due particelle, sistema del laboratorio e del centro di massa. Diffusione da un potenziale centrale. Derivazione della sezione d'urto di Rutherford.

• Nuclei:
  
  Formula semiempirica della massa di Weizsacker, energie di legame, energie di separazione, numeri magici. Costituenti, numeri di massa e carica, isotopi, curva di stabilita'. Dimensioni, momenti magnetici, isospin. Fissione e fusione. Proprieta' della forza nucleare e sua origine, ipotesi di Yukawa. Proprieta' dei nuclei leggeri (deuterio, trizio, elio4) e trattazione quantomeccanica non relativistica. Modelli nucleari per i nuclei piu' pesanti, modello a goccia, modelli a particelle indipendenti, determinante di Slater, densita' a 1 corpo e 2 corpi. Problema del moto di centro di massa, modello a shell con potenziale di oscillatore armonico, interazione di spin-orbita. Materia nucleare e gas di Fermi. Studio dei nuclei mediante scattering. Scattering elastico, fattori di forma e densita', scattering inelastico e spettri di eccitazione nucleare, stati discreti, risonanze, scattering quasi elastico.

• Particelle:
  
  Interazioni fra le particelle subatomiche, diagrammi di Feynmann e bosoni mediatori, raggio d'azione delle interazioni. Prima classificazione delle particelle, leptoni, mesoni, barioni, bosoni di gauge. Particelle e antiparticelle. Struttura interna degli adroni, scattering elastico di leptoni carichi e fattori di forma di carica e magnetici di protone e neutrone, scattering inelastico e spettro barionico, scattering profondamente inelastico e partoni, quark. Fondamenti della quantocromodinamica, quark e colore, liberta' asintotica e confinamento, relazioni con la fisica nucleare. Relazione fra simmetrie e leggi di conservazione, Leggi di conservazione additive, conservazione della carica elettrica, numero barionico, numero leptonico e muonico, neutrini e antineutrini, massa dei neutrini, stranezza e ipercarica, numeri quantici additivi dei quark, ipercarica generalizzata. Isospin e momento angolare. Leggi di conservazione moltiplicative, parita', violazione della parita'nelle interazioni deboli, decadimento beta del Co60, coniugazione di carica, inversione temporale, kaoni neutri, violazione di CP, teorema CPT.

• Cenni sulla produzione di energia nucleare.

Testi consigliati

H. FRAUENFELDER E E.M. HENLEY, Subatomic Physics, in particolare i capp. 1-9; 15-19
R. EISENBERG E R. RESNICK, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, in particolare i capp. 15, 16, 17, 18
R.D. EVANS, The Atomic Nucleus (per integrazioni e consultazione), in particolare i capp. 1, 8, 9, 10
W.E. MEYERHOF, Elements of Nuclear Physics, in particolare i capp. 1, 2, 5, 6

Modalità e svolgimento dell'esame

Date dei prossimi appelli d'esame: