Annuale
A. A. 1998-99
Prof. Giuseppina Orlandini
Oggetto e obiettivi del corso:
L'obiettivo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze
fenomenologiche di base della struttura della materia a livello subatomico.
Il corso cerca di presentare in maniera coordinata concetti e caratteristiche
della fisica nucleare e della fisica delle particelle elementari, sottolineando
le idee unificatrici, gli strumenti comuni e i problemi irrisolti.
Programma:
1.Ordini di grandezza tipici del mondo subatomico. 2.Cenni storici sulle
tappe principali che hanno portato ad individuare un ambito subatomico:
scoperta dell' elettrone. Sostanze radioattive, raggi alfa, beta e gamma.
Spettrografia di massa. Legge del decadimento radioattivo. Scattering di
Rutherford. La scoperta del neutrone. Raggi cosmici. Il neutrino. 3.Cinematica
relativistica per le reazioni: conservazione del quadrimpulso. Invarianti
cinematici. Massa invariante. 4.Tecniche sperimentali: Gli acceleratori.
I generatori elettrostatici Van der Graaff e Tandem, acceleratori lineari,
sincrotroni, colliders. Interazione radiazione materia: particelle cariche
pesanti, elettroni, fotoni, particelle neutre. Rivelatori. Contatori a
scintillazione e a semiconduttori, camere a bolle, a nebbia, a scintille,
a fili, a proiezione temporale. 5.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.
6.Nuclei: Formula semiempirica della massa di Weizsaecker, energie di legame,
energie di separazione, numeri magici. Costituenti, numeri di massa e carica,
isotopi, curva di stabilità. Dimensioni, momenti magnetici, isospin.
Fissione e fusione. Proprietà della forza nucleare e sua origine,
ipotesi di Yukawa. Proprietà dei nuclei leggeri (deuterio, trizio,
elio 4) e formulazione quantomeccanica non relativistica del problema dinamico.
Modelli nucleari per i nuclei più pesanti, modello a goccia, modelli
a particelle indipendenti. 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 densità, scattering inelastico
e spettri di eccitazione nucleare. 7.Particelle: Interazioni fra le particelle
subatomiche, cenni ai diagrammi di Feynmann. 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, libertà 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, stranezza e ipercarica. Isospin e momento angolare. Leggi
di conservazione moltiplicative, parità, violazione della parità
nelle interazioni deboli, coniugazione di carica, inversione temporale,
violazione di CP, teorema CPT. Classificazione dei processi deboli, universalità.
Testi consigliati:
H. FRAUENFELDER, E. M. HENLEY, "Subatomic Physics" , Ed.
Prentice Hall, 1991.
B. POVH, K. RITHM C. SCHOLZ, F.ZETSCHE, "Particelle e Nuclei:
Un introduzione ai concetti fisici", Ed. Bollati-Boringhieri
1998.
Modalità e svolgimento dell'esame:
L'esame consiste di una prova orale alla fine del corso. Il IV argomento
del corso (Tecniche sperimentali) verrà
tenuto in inglese dal Prof. Grabmayr dell'Università di Tuebingen,
nel quadro del programma di scambio Socrates/Erasmus (azione T.S. Teching
Staff Mobility). E' prevista una "provetta" al termine del corso del Prof.
Grabmayr.