Ritratto di marumi.kado@uniroma1.it

Fisica Nucleare e Subnucleare I - 2020/2021

Marumi Kado & Valerio Ippolito

 

Per iscriversi sulla classroom del corso:  w767uy 

Info e materiale su http://www.roma1.infn.it/~ippolitv/teaching/

Le lezioni si tengono in aula 3 (NEF); da remoto, sul Meet dell'aula (https://www.phys.uniroma1.it/fisica/strutture/aule)

 

Esami (connessione Meet qui):

  • sessione estiva, primo appello:
    • 17, 18, 22, 23, 24, 30 giugno: aula 8 NEF (9:00-13:00, 14:00-18:00)
    • 1 luglio: aula 2 NEF (9:00-13:00, 14:00-18:00)
  • sessione estiva, secondo appello:
    • le date saranno comunicate alla chiusura delle prenotazioni su infostud (21 giugno)

 

Programma

 

Sinopsis 

 

Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare: il corso presenta i
fondamenti della costruzione della fisica delle particelle e della
fisica nucleare, basandosi sui corsi di Meccanica quantistica e
Elettromagnetismo e dando ulteriori basi di teoria della relatività
ristretta e di teoria dello scattering. Con queste basi, il corso
ripercorre gli elementi essenziali dell'interazione tra particelle e
materia e descrive come tali elementi vengano usati per l'elaborazione
dei rivelatori di particelle che hanno portato alle scoperte
fondamentali della fisica nucleare e delle particelle elementari. Il
corso in particolare tratta della scoperta sperimentale e della
descrizione teorica delle tre interazioni fondamentali
(elettromagnetica, nucleare forte e debole) e dei principi di
simmetria su cui si fondano.

 

1.- Note introduttive 

 

Introduzione generale alla fisica delle particelle e la fisica
nucleare. Presentazione dei prequisiti e scopo del corso. Elementi
propedeutici ai corsi della Laurea Magistrale.
 
2.- Richiami di Relatività 

 

Introduzione, esperimento di Michelson e Moreley. Dai postulati alla
costruzione delle trasformazioni di Lorentz. Invarianti di Lorentz e
tempo proprio. Costruzione della Azione relativistica per una
particella, impulso ed energia a partire della Lagrangiana e
dell'Hamiltoniano.
 
3.- Metodologie

 

Scoperte ed esperimenti fondamentali (raggi X, radioattività alfa,
beta e gamma, scoperta del protone e dell'elettrone).
 
4.- Elementi di Teoria dello Scattering I

 

Concetti di sezione d'urto e di probabilità di
interazione. Definizione in termini flusso di particelle proiettili e
di numero di bersagli. Luminosità. Caso semplice e deterministico
della sfera rigida. Coefficiente di assorbimento, lunghezza di
interazione e cammino libero medio. Esperimento e scattering di
Rutherford. Scoperta del protone.
 
5.- Interazione delle particelle nella materia (Parte I)

 

Atomo di Bohr. Perdite di energia per ionizzazione, Formula di Bohr,
Formula di Bethe Bloch (codice di plot disponibile qui -
Python). Sezione d'urto, Range, Straggling, Distribuzione di
Landau. Interpretazione e identificazione di particelle.
 
6.- Interazione delle particelle nella materia  (Parte II)

 

Effetto Cerenkov. Scattering Coulombiano (di Rutherford) Multiplo,
lunghezza di interazione. Radiazione nel campo del nucleo,
Bremsstrahlung, Energia critica. Processi di scattering di Moller,
Bhabha e di annihilazione elettrone-positrone. Interazione dei fotoni
nella materia: effetto fotoelettrico, effetto compton, processi
classici, creazione di coppie elettroni-positroni.
 
7.- Rivelatori (Parte I)

 

Rivelazione dei processi di ionizzazione, scintillazione, creazione di
coppia elettrone-lacuna nei semi-conduttori. Ricostruzione di trace di
particelle cariche e rivelatori di trace. I primi rivelatori
rivelatori (dall'elettroscopio alle camere di wilson e camere a
bolle).
 
8.- Elementi di teoria dello scattering (Parte II)

 

(a) Teoria delle perturbazioni dipendenti dal tempo e regola d'oro di
Fermi. Secondo ordine delle perturbazioni, interazioni per scambio di
particelle, perturbazioni ordinate nel tempo e diagrammi di
Feynman. (b) Normalizzazione della funzione d'onda, densità di stati e
spazio delle fasi. Un caso concreto: la sezione d'urto di Rutherford.
 
9.- Interazioni (Parte I)

 

Densità e corrente di probabilità, equazione di Klein-Gordon e
Antiparticelle, interpretazione di Dirac e interpretazione di Feynman
Stuckleberg.
 
10.- Scoperte Fondamentali (Parte I)

 

Scoperta del positrone (C. Anderson 1933). Scoperta del neutrone
(J. Chadwick 1932). Massa del neutrone.
 
11.- Interazioni (Parte II)

 

Equazione di Klein-Gordon e equazione di Maxwell nella gauge di
Lorentz. Potenziale di Yukawa e interazione forte. Propagatore
dell'interazione forte e pioni. Paragone intereazione forte e
interazione elettromagnetica.
 
12.- Scoperte Fondamentali (Paete II)

 

Il mesotrone e l'esperimento di Anderson, Neddermeyer e
Stevenson. Teoria di Tomonaga e Araki. Esperimenti di Rasetti e
Conversi, Pancini e Piccioni. Esperimento di Occhialini, Powell,
Lattes e Muirhead. Scoperta del pione e del muone.
 
13.- Leggi di decadimenti

 

Particelle instabili e oscillatore armonico smorzzato. Leggi di
decadimenti. Larghezza di risonanza. Formula di Breit-Wigner. Unità di
misura di attività. Decadimenti radioattivi, Equilibiro Nucleare,
Equazione Secolare.
 
14.- Fisica Nucleare (Parte I)

 

(a) Modello del nucleo, Modello a Goccia, Formula di Bethe-Weiszacker
(codice di plot disponibile qui - Python), Valle di Stabilità. (b)
Radioattività alpha, legge di Geigger Nuttal, Bariera di potenziale e
potenziale di Gamow, Radioattività gamma.
 
15.- Fisica Nucleare (Parte II)

 

(a) Modello di Fermi, Modello a Shell, Potenziale di Woods-Saxon,
Interazione Spin-Orbita, interazzione spin-spin e spin isotopico. (b)
Decadimento beta, Spazio delle fasi a tre corpi, elemento di matrice e
massa del neutrino (codice di plot disponibile qui - Python).
 
16.- Interazioni (Parte III)

 

Interazione debole, Costante di Fermi, Scoperta del Neutrino, Numero
Leptonico, Numero Barionico.
 
17.- Fisica Nucleare (Parte III)

 

Fissione nucleare, Stabilità, Fissione indotta, Sezione d'Urto di
Neutroni, Razione a catena, Massa critica, Reattori nucelari (cenni),
fusione nucleare (cenni), processi di fusione nel sole.
 
18.- Scoperte Fondamentali (Parte III)

 

Scoperta di particelle strane, Cinematica di scattering su elettrone
(Esperimento di Le Prince Ringuet e Lheritier) su Kaone carico, Altri
esperimenti eventi a V e Kaone neutro.
 
19.- Simmetrie e Leggi di Conservazione

 

Scoperta di particelle strane, Cinematica di scattering su elettrone
(Esperimento di Le Prince Ringuet e Lheritier) di Kaone carico, Altri
esperimenti eventi a V e Kaone neutro.
 
20.- Rivelatori (Parte II)

 

Interazione di hadroni nella materia, Lunghezza di interazzione,
Calorimetria elettromagnetica e Calorimetria hadronica.
 
21.- Acceleratori e colliders

 

Primi acceleratori, Ciclotroni, Sincrociclotroni, Isosynchronous
cyclotrons, Synchrotron e Colliders.
 
22.- Scoperte Fondamentali (Parte IV)

 

Esperimento di M. Wu, scoperta dell'antiprotone e scoperte di
risonanze adroniche.

 

23.- Conclusioni e perspettive

 

Libri e testi per approfondimenti:
 

A. Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics , World Scientific.

 

D. Griffith, Introduction to PArticle Physics, Willey

 

Burcham and Jobes, Nuclear and Particle Physics, Prentice Hall.

 

R.N. Cahn and G. Goldhaber, The Experimental Foundations of Particle Physics, Cambridge University Press.

W.R Leo, Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments, Springer Verlag

 

Dispense di Carlo Dionisi e Egidio Longo

http://www.roma1.infn.it/people/longo/fnsn/testo.html

 

Referenza completa

Particle Data Book, The Review of Particle Physics, Phys. Rev. D 98 0300001 (2018) [http://pdg.lbl.gov]

 

 

Insegnamento Codice Anno Corso - Frequentare Bacheca
FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE I 1012075 2020/2021
INTRODUCTION TO PARTICLE PHYSICS 1055360 2020/2021
INTRODUCTION TO PARTICLE PHYSICS 1055360 2019/2020
FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE I 1012075 2019/2020
PHYSICS LABORATORY II 10589922 2018/2019
FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE I 1012075 2018/2019
INTRODUCTION TO PARTICLE PHYSICS 1055360 2018/2019

HOMEPAGE: CERN

EMPLOYMENT SUMMARY

2014-2016 CERN Project Associate
Since 2013 CNRS Senior Scientist (Directeur de Recherche)
2012-2014 CERN Scientific Associate
2003-2013 CNRS Research Staff at LAL
Since 2003 Member of the ATLAS Collaboration
2001-2003 LBNL Postdoc Fellow (Berkeley, USA), Member of the D0 Collaboration
1999-2001 CERN Fellow, Member of the ALEPH and CMS Collaborations
1996-1999 PhD Université Pierre et Marie Curie, Paris VI
LAL, Orsay, Member of the ALEPH Collaboration