22838 - ELEMENTI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE I

Conoscenze e abilità da conseguire

Richiami di struttura atomica della materia. Il fenomeno della radioattivita`. Interazioni delle radiazioni con la materia. Struttura del nucleo e generalita` sulle proprieta` nucleari: dimensioni dei nuclei; massa ed energia di legame; spin, momenti elettrici e momenti magnetici. Fusione nucleare. Fissione nucleare.

Raggi cosmici. Acceleratori e rivelatori di particelle. Classificazione delle particelle elementari. Generalita` sulle interazioni fondamentali. Leggi di conservazione. Processi elementari e diagrammi di Feynman. Elementi qualitativi di QED. L'ipotesi dei quark. Elementi qualitativi di QCD. 

Contenuti

NUCLEARE

Richiami di struttura atomica.
(H&W Cap. da 1 a 6)

L'elettrone.
(H&W 6 - FLS 28)

Isotopi e spettrografo di massa.
(H&W 6 - KK 3.2)

Cinematica relativistica.
(Lezioni)

Il fenomeno della radioattivita` e applicazioni.
(KK 6) e (KK 20)

Interazione delle radiazioni con la materia.
(KK 7.1 - ES 2.1, da 2.3 a 2.6)

Effetti fotoelettrico, Compton e creazione di coppie.
(ES 2.9)

Reazioni nucleari.
(KK 11.1, 11.2, 11.4, 11.5)

Scattering Rutherford.
(KK 11.6, 11.7 - SW 4.2 ed. 1990; SW 4.1 ed. 1998)

Dimensioni dei nuclei.
(KK 3.1 - SW 4.3 ed. 1990; SW 4.2 ed. 1998, PRSZ, 4 and 5)

Massa ed energia di legame dei nuclei.
(KK 3.3 - SW 4.11 ed. 1990; SW 4.12 ed. 1998)

Spin, momenti elettrici e magnetici dei nuclei.
(KK 5.1, da 16.1 a 16.3 pag. 627-634)

Fissione nucleare.
(KK da 13.1 a 13.3, 13.6, 13.7)

Fusione nucleare.
(KK da 14.1 a 14.3)

Materiale didattico sara` distribuito a lezione.

 

SUBNUCLEARE (Dott. Fabbri Fabrizio)

I raggi cosmici. (GG. 18.2, 18.2.1, 18.2.2)

Rivelatori di particelle. Caratteristiche generali dei rivelatori - Tecniche visualizzanti: camera a nebbia ; camera a bolle ; emulsioni nucleari - Tecniche elettroniche: camera a ionizzazione ; contatore Geiger ; camera proporzionale ; camera a fili ; camera a deriva ; contatori a scintillazione ; contatori Cherenkov ; calorimetri - Misure di posizione, energia e impulso - Identificazione - Sistemi di rivelatori. 

Fotocopia lucidi - M&S da 3.3.1 a 3.3.5 - GG 4.1, 4.2, da 4.3.1 a 4.3.7, 4.8, 4.9, 4.11, 5.1, 5.2, da 5.3.1 a 5.3.6)

Acceleratori di particelle. Principi di funzionamento - Acceleratori elettrostatici - Acceleratori lineari - Acceleratori circolari - Collisionatori - Sistemi di acceleratori.
(Fotocopia lucidi - GG da 2.1 a 2.8 - M&S 3.1)

Proliferazione delle particelle elementari. La scoperta del positrone - La scoperta del muone - La scoperta dei mesoni e dei barioni - La scoperta dei neutrini - Masse e vite medie.
(Fotocopia lucidi - M&S 1.2, 2.1, 2.2 - KK 17.1, 17.2)

Generalita` sulle interazioni fondamentali ad alta energia - Costanti di accoppiamento - Le quattro interazioni fondamentali. Sezioni d'urto totali e differenziali - Reazioni inclusive e reazioni esclusive.
(Fotocopia lucidi - M&S 1 - GG 10.1, 10.2, 10.3, 10.7, 10.8, 10.9)

Nuovi numeri quantici e leggi di conservazione. Numero barionico - Numero leptonico - Stranezza, charm e beauty.
(G&W D2 - KK 17.5, 18.2)

Dagrammi di Feynman - Crossing e coniugazione di carica - Diagrammi di ordine superiore.
(Fotocopia lucidi - M&S 1.3 - G&W C4, C5)

Elementi qualitativi di QED. Il fotone come mediatore dell'interazione elettromagnetica fra cariche elettriche - Diffusione, annichilazione e creazione di coppie e+e- - Scattering Moeller, Bhabha e Compton. Creazione e annichilazione di coppie di fermioni elettricamente carichi - Universalita` leptonica - La struttura del vuoto quantistico in QED - Polarizzazione del vuoto e "running coupling constant"
(Fotocopia lucidi - GG da 11.5 a 11.8)

Caratteristiche generali dell'interazione forte - Stati eccitati del nucleone e suoi decadimenti tramite emissione di pioni - Multipletti di spin isotopico - Osservazione di regolarita` nei mesoni e nei barioni - Supermultipletti e modello statico a quark - Simmetria SU(3) di sapore e regole di combinazione - Successi e problemi connessi al modello statico. Elementi qualitativi di QCD.
G&W da E1 a E6)

Per ulteriori informazioni consulta il sito del corso http://www.bo.infn.it/opal/ifnsn

Testi/Bibliografia

Ai vari argomenti del programma  sono associati i capitoli e i paragrafi dei testi consigliati (tramite una sigla del nome degli autori) sui quali e` possibile studiare ed eventualmente approfondire l'argomento.

Corrispondenza:

KK = K.S. Krane "Introductory Nuclear Physics" , J. Wiley.
RC = R.F. Casten "Nuclear Structure from a simple perspective" , Oxford S.P.
SW = S.M. Wong "Introductory Nuclear Physics", Prentice-Hall I. E.
PRSZ = B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche "Particles and nuclei", Springer.
ES = E.Segre` "Nuclei e particelle" , Zanichelli.
H&W = H.Haken e H.C.Wolf "The Physics of Atom and Quanta" , Springer.
FLS = Feynman, Leighton e Sands "The Feynman Lectures on Physics" - Vol II , Addison Wesley.
M&S = B.R. Martin e G.Shaw "Particle Physics" , John Wiley.
GG = G. Giacomelli "Introduzione alla Fisica delle Particelle Elementari" , Lecture notes.
G&W = K. Gottfried e V.F. Weisskopf "Concepts of Particle Physics", Oxford U.P.

Metodi didattici

Lezioni in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame scritto ed orale.

Strumenti a supporto della didattica

Seminari, visite guidate al CERN e ai Laboratori Nazionali di Legnaro.

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.bo.infn.it/opal/ifnsn/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giovanni Carlo Bonsignori

Consulta il sito web di Fabrizio Fabbri