FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE I

Obiettivi formativi

OBIETTIVI GENERALI: Il corso descrive le basi della fisica nucleare e subnucleare attraverso lo studio delle principali scoperte che hanno contribuito alla moderna descrizione del nucleo atomico, delle particelle elementari e delle loro interazioni. La cinematica relativistica e` utilizzata per analizzare le reazioni di produzione e i decadimenti delle particelle, applicando le leggi di conservazione dei numeri quantici. La natura dei decadimenti alfa e beta viene descritta tramite la meccanica non relativistica. Infine sono trattate le interazioni delle particelle nella materia e i principi di funzionamento dei rivelatori per la misura di energia ed impulso e l’identificazione delle particelle cariche. OBIETTIVI SPECIFICI: A - Conoscenza e capacità di comprensione OF 1) Conoscere diversi tipi di interazioni fondamentali tra le particelle elementari OF 2) Comprendere la cinematica di processi di produzione e decadimento OF 3) Conoscere le reazioni nucleari di base e le proprietà energetiche OF 4) Riconoscere e descrivere le principali interazioni delle particelle che attraversano la materia B – Capacità applicative OF 5) Calcolare proprietà cinematiche dei prodotti di decadimento e di urti tra particelle elementari, applicando le regole di selezione OF 6) Calcolare l’energia persa dalle particelle elementari nel passaggio nella materia OF 7) Calcolare la probabilità di decadimento e di interazione negli urti C - Autonomia di giudizio OF 8) Essere in grado di applicare le conoscenze fornite per comprendere le principali scoperte nella fisica nucleare e subnucleare nel XX secolo OF 9) Comprendere il metodo sperimentali e le misure effettuate in alcuni degli esperimenti più importanti e celebri del XX secolo D – Abilità nella comunicazione OF 10) Saper discutere, a livello elementare, la fisica delle interazioni fondamentali delle particelle e gli aspetti di base della struttura dei nuclei. E - Capacità di apprendere OF 11) Avere la capacità di consultare articoli scientifici relativi alle misure discusse nel corso e capirne la metodologia e lo scopo OF 12) Essere in grado di comprendere i processi di fisica di particelle elementari trattati nella Laurea Magistrale in Fisica, utilizzando le nozioni di cinematica e di leggi di conservazione di numeri quantici

Canale 1
SHAHRAM RAHATLOU Scheda docente
Canale 2
FABIO BELLINI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
- Programma -- Introduzione storica: la nascita della fisica nucleare e della fisica subnucleare, discussione e interpretazione degli esperimenti storici. Unita` di misura naturali. -- La cinematica relativistica: energia e impulso delle particelle relativistiche; le trasformazioni di Lorentz; massa invariante e invarianti relativistici. -- Urti e decadimenti: la sezione d'urto totale e differenziale; vita media e larghezza di decadimento, branching ratio; la regola d'oro di Fermi. -- Interazioni tra radiazione e materia: la perdita di energia per ionizzazione, la formula di Bethe-Bloch, il picco di Bragg; diffusione multipla nel mezzo; perdita di energia per elettroni e positroni, bremsstrahlung; l'effetto Cerenkov; interazioni dei fotoni con la materia: effetto fotoelettrico, effetto Compton e produzione coppie, sciami elettromagnetici; interazioni dei neutroni con la materia. -- Tecniche di rivelazione delle particelle. -- Tecniche di accelerazione delle particelle. -- Fisica nucleare: le proprietà generali dei nuclei, la carta di Segrè e la valle di stabilità; energie di legame e la formula semi-empirica delle masse; i decadimenti alpha, beta e gamma; la fissione e la fusione. -- Fisica subnucleare: le interazioni tra le particelle elementari, la teoria di Yukawa, l'antimateria; la scoperta delle particelle elementari e la loro classificazione, gli adroni, barioni e mesoni, e i leptoni; le simmetrie in fisica delle particelle elementari, parità, coniugazione di carica, time reversal, stranezza e isospin; la scoperta della violazione della parità nelle interazioni deboli; il modello a quark.
Prerequisiti
- Pre-requisiti a) Sono indispensabili le conoscenze di meccanica classica, di elettromagnetismo, di meccanica analitica e relativistica e di teoria della misura acquisite nei corsi dei primi anni di una laurea triennale in Fisica. b) E' importante che si abbiano conoscenze di base di meccanica quantistica (funzioni d’onda, equazione di Schroedinger) e di meccanica statistica (concetto di spazio delle fasi) c) E` utile avere le conoscenze di programmazione offerte nel corso di laboratorio di calcolo per visualizzare e graficare alcune delle funzioni e soluzioni numeriche di problemi di cinematica
Testi di riferimento
R. Paramatti, Dispense di cinematica relativistica D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles , 2nd Ed. A. Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics, 2nd ed. C. Bertulani, Nuclear Physics in a Nutshell F.Ceradini Appunti del corso di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare AA 16-17 M. Kado Dispense di Fisica Nucleare e Subnucleare F.Terranova A Modern Primer in Particle and Nuclear Physics 1st ed. Per approfondimenti: C. Dionisi e E. Longo, Dispense di fisica nucleare e subnucleare D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, 4th ed. Cahn and Goldhaber, The experimental foundation of Particle Physics, 2nd Ed. J. J. Sakurai, J. Napolitano, Meccanica quantistica moderna, 2nd Ed. K.S.Krane, Introductory Nuclear Physics C. Bertulani, Nuclear Physics in a Nutshell
Modalità di esame
Sono previste alcune prove in itinere durante il corso. Ciascuna prova consiste in esercizi simili a quelli trattati a lezione. Le date delle prove verranno concordate con gli studenti all’inizio del corso. L’esame finale consiste una discussione orale sulle tematiche trattate nel corso. Gli studenti che non sostengono le prove intermedie, o volessero migliorare il proprio punteggio possono sostenere una prova scritta prima della prova orale. Nella valutazione si terrà conto di: - correttezza dei concetti esposti; - chiarezza e rigore espositivo; - correttezza numerica, ordine di grandezza, e unità di misura; - capacità di sviluppo analitico della teoria.
Modalità di erogazione
Il corso è svolto con lezioni in aula di tipo tradizionale. Alcune delle lezioni sono dedicate allo svolgimento di esercizi in classe.
Canale 3
CESARE BINI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
-- Introduzione storica: la nascita della fisica nucleare e della fisica subnucleare, discussione e interpretazione degli esperimenti storici. Unita` di misura naturali. -- La cinematica relativistica: energia e impulso delle particelle relativistiche; le trasformazioni di Lorentz; massa invariante e invarianti relativistici. -- Urti e decadimenti: la sezione d'urto totale e differenziale; vita media e larghezza di decadimento, branching ratio; la regola d'oro di Fermi. -- Interazioni tra radiazione e materia: la perdita di energia per ionizzazione, la formula di Bethe-Bloch, il picco di Bragg; diffusione multipla nel mezzo; perdita di energia per elettroni e positroni, bremsstrahlung; l'effetto Cerenkov; interazioni dei fotoni con la materia: effetto fotoelettrico, effetto Compton e produzione coppie, sciami elettromagnetici; interazioni dei neutroni con la materia. -- Tecniche di rivelazione delle particelle. -- Tecniche di accelerazione delle particelle. -- Fisica nucleare: le proprietà generali dei nuclei, la carta di Segrè e la valle di stabilità; energie di legame e la formula semi-empirica delle masse; i decadimenti alpha, beta e gamma; la fissione e la fusione. -- Fisica subnucleare: le interazioni tra le particelle elementari, la teoria di Yukawa, l'antimateria; la scoperta delle particelle elementari e la loro classificazione, gli adroni, barioni e mesoni, e i leptoni; le simmetrie in fisica delle particelle elementari, parità, coniugazione di carica, time reversal, stranezza e isospin; la scoperta della violazione della parità nelle interazioni deboli; il modello a quark.
Prerequisiti
a) Sono indispensabili le conoscenze di meccanica classica, di elettromagnetismo, di meccanica analitica e relativistica e di teoria della misura acquisite nei corsi dei primi anni di una laurea triennale in Fisica. b) E' importante che si abbiano conoscenze di base di meccanica quantistica (funzioni d’onda, equazione di Schroedinger) e di meccanica statistica (concetto di spazio delle fasi) c) E` utile avere le conoscenze di programmazione offerte nel corso di laboratorio di calcolo per visualizzare e graficare alcune delle funzioni e soluzioni numeriche di problemi di cinematica
Testi di riferimento
Sono distribuite le note delle lezioni durante il corso. Altri testi di riferimento sono i seguenti: R. Paramatti, Dispense di cinematica relativistica C. Dionisi e E. Longo, Dispense di fisica nucleare e subnucleare M.Kado, Nuclear and Subnuclear Physics A. Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics, 2nd ed.
Modalità insegnamento
La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali alla lavagna (fisica o elettronica). Circa ⅓ delle lezioni consistono in esercitazioni con esempi e problemi numerici sulle tematiche trattate. Inoltre vengono assegnati esercizi da svolgere a casa che sono poi discussi a lezione.
Frequenza
La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.
Modalità di esame
L' esame è basato su una prova scritta e una prova orale. Sono previste alcune prove in itinere durante il corso. Ciascuna prova consiste in esercizi simili a quelli trattati a lezione. Le date delle prove in itinere verranno concordate con gli studenti all’inizio del corso. L’ esame finale consiste una discussione orale sulle tematiche trattate nel corso. Gli studenti che non sostengono le prove intermedie, o che volessero migliorare il proprio punteggio devono sostenere una prova scritta prima della prova orale. Nella valutazione si terrà conto di: - correttezza dei concetti esposti; - chiarezza e rigore espositivo; - correttezza numerica, ordine di grandezza, e unità di misura; - capacità di sviluppo analitico della teoria.
Bibliografia
Per approfondimenti: D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles , 2nd Ed. D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics, 4th ed. Cahn and Goldhaber, The experimental foundation of Particle Physics, 2nd Ed. J. J. Sakurai, J. Napolitano, Meccanica quantistica moderna, 2nd Ed. C. Bertulani, Nuclear Physics in a Nutshell K.Krane, Introductory Nuclear Physics
Modalità di erogazione
La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali alla lavagna (fisica o elettronica). Circa ⅓ delle lezioni consistono in esercitazioni con esempi e problemi numerici sulle tematiche trattate. Inoltre vengono assegnati esercizi da svolgere a casa che sono poi discussi a lezione.
  • Codice insegnamento1012075
  • Anno accademico2024/2025
  • CorsoFisica
  • CurriculumFisica
  • Anno3º anno
  • Semestre2º semestre
  • SSDFIS/04
  • CFU6
  • Ambito disciplinareMicrofisico e della struttura della materia