Istituzioni di fisica nucleare e subnucleare

A.A. 2019/2020
9
Crediti massimi
80
Ore totali
SSD
FIS/04
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'obiettivo è quello di introdurre alla fisica nucleare e subnucleare illustrando le proprietà principali che caraterizzano i nuclei, il loro costituenti e le interazioni. Le problematiche sono introdotte descrivendo la fenomenologia, l'approccio utilizzato nelle misure e viene data una descrizione quantitativa ogni volta che è possibile utilizzare semplici metodi di calcolo.
Attraverso il corso viene evidenziata l'analogia della descrizione dei nuclei con altri sistemi a molticorpi e vengono messe in luce le tecnologie e le metodologie specifiche di questo settore. Vengono inoltre accennati gli argomenti di ricerca piu' attuali in questo settore.
Risultati apprendimento attesi
Gli studenti, alla fine dell'insegnamento:

1) Avranno acquisito le principali nozioni che stanno alla base della sperimentazione e fenomenologia che hanno
portato alla descrizione dei nuclei, delle particelle elementari e delle
loro interazioni a livello fondamentale.
2) Conosceranno le leggi e le proprietà dei decadimenti radioattivi, la fusione e la fissione
insieme ai processi fisici e alle interazioni che li determinano.
3) della struttura dei nuclei conosceranno i principi che stanno alla base
dei modelli che descrivono l'organizzazione dei nucleoni.
4) Per quanto riguarda le particelle elementari saranno in grado di identificare gli
effetti dovuti ai loro costituenti e alle simmetrie delle interazioni che
intervengono in fase di formazione e decadimento.
5) Saranno in grado di riconoscere le proprietà dei mediatori delle diverse
forze, elettromagnetica, forte e debole.

Con queste nozioni saranno
successivamente in grado di arricchire e approfondire la conoscenza di
questi argomenti in insegnamenti più avanzati.
Programma e organizzazione didattica

CORSO A

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Il programma del corso copre aspetti metodologici generali della fisica subatomica
ed argomenti fondamentali di fenomenologia dei nuclei e delle particelle ed
interazioni fondamentali.

Aspetti metodologici generali:
- Concetti di sezione d'urto e probabilità di decadimento.
- Cinematica dell'urto e del decadimento, classica e relativistica.
- Regola d'oro di Fermi e spazio delle fasi.
- diffusione elastica degli elettroni e la distribuzione di carica dei nuclei
- Interazione della radiazione con la materia e rivelatori di particelle.
- Cenni su acceleratori di particelle.

Fenomenologia dei nuclei:
- Generalità sui nuclei. Curva di stabilità
- Formula semiempirica di Weizsacker.
- Modello a Gas di Fermi
- Decadimento alfa
- Decadimento beta. Cattura elettronica.
- Emissione gamma.

- Il deutone e l'interazione nucleone-nucleone
- Il modello a shell. Numeri magici. Accoppiamento spin-orbita. Momenti magnetici.
- La fissione nucleare e la sezione d'urto dei neutrini.
- La fusione nucleare e le reazioni nelle stelle.

Particelle ed interazioni fondamentali:
- Le simmetrie discrete (parità, coniugazione di carica e inversione temporale) e i
principi di conservazione. Numeri quantici degli stati e violazione della parità.
- Materia ed antimateria.
- Classificazione delle interazioni fondamentali, bosoni mediatori delle interazioni.
- La fisica dei mesoni e le loro interazioni forti, elettromagnetiche e deboli.
Processi di produzione e decadimento, risonanze.
- Particelle con stranezza e loro interazioni, modello a quark.
- La violazione della simmetria di CP nel decadimento dei kaoni.
- Diffusione profondamente anelastica ed evidenza dei quarks e dei gluoni.
- Il Modello Standard della fisica delle particelle elementari.
Prerequisiti
Conoscenze di analisi, meccanica ed elettromagnetismo acquisite nei corsi dei primi
due anni della laurea in Fisica. Conoscenze basilari di relatività ristretta
(trasformazioni di Lorentz) e meccanica quantistica (equazione di Schroedinger,
concetto di autofunzione, spettro discreto e continuo).
Metodi didattici
Il corso consiste in lezioni frontali ed esercitazioni.

La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
A. Das and T. Ferbel., Introduction to nuclear and particle physics, World Scientific
K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley and Sons
S. D'Auria, Introduction to Nuclear and Particle Physics, Springer
Trasparenze delle lezioni del corso:
http://www0.mi.infn.it/~bracco/Istituzioni-Nucleare_file/v3_slide0002.h…
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La valutazione finale è un voto in trentesimi ottenuto in seguito ad un colloquio
orale in cui si discutono gli aspetti generali e metodologici della disciplina, e argomenti specifici sia della fisica nucleare che subnuclerare. Viene data enfasi alla capacità di esprimere
una padronanza dei concetti ed di effettuare connessioni tra i diversi argomenti affrontati dal corso.
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE - CFU: 9
Esercitazioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore

CORSO B

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Il programma del corso copre aspetti metodologici generali della fisica subatomica ed argomenti fondamentali di fenomenologia dei nuclei e delle particelle ed interazioni fondamentali.

Aspetti metodologici generali:
- Concetti di sezione d'urto e probabilità di decadimento.
- Cinematica dell'urto e del decadimento, classica e relativistica.
- Regola d'oro di Fermi e spazio delle fasi.
- Interazione della radiazione con la materia e rivelatori di particelle.
- Cenni su acceleratori di particelle.

Fenomenologia dei nuclei:
- Generalità sui nuclei. Curva di stabilità
- Formula semiempirica di Weizsacker.
- Decadimento alfa
- Decadimento beta. Cattura elettronica.
- Emissione gamma.
- Interazioni elettromagnetiche e i fattori di forma nucleari.
- Il deutone e l'interazione nucleone-nucleone
- Il modello a shell. Numeri magici. Accoppiamento spin-orbita. Momenti magnetici.
- La fissione nucleare e la sezione d'urto dei neutrini.
- La fusione nucleare e le reazioni nelle stelle.

Particelle ed interazioni fondamentali:
- Le simmetrie discrete (parità, coniugazione di carica e inversione temporale) e i principi di conservazione. Numeri quantici degli stati e violazione della parità.
- Materia ed antimateria.
- Classificazione delle interazioni fondamentali, bosoni mediatori delle interazioni.
- La fisica dei mesoni e le loro interazioni forti, elettromagnetiche e deboli. Processi di produzione e decadimento, risonanze.
- Particelle con stranezza e loro interazioni, modello a quark.
- La violazione della simmetria di CP nel decadimento dei kaoni.
- Diffusione profondamente anelastica ed evidenza dei quark e dei gluoni.
- Il Modello Standard della fisica delle particelle elementari.
Prerequisiti
Conoscenze di analisi, meccanica ed elettromagnetismo acquisite nei corsi dei primi due anni della laurea in Fisica. Conoscenze basilari di relatività ristretta (trasformazioni di Lorentz) e meccanica quantistica (equazione di Schroedinger, concetto di autofunzione, spettro discreto e continuo).
Metodi didattici
Il corso consiste in lezioni frontali ed esercitazioni.

La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
A. Das and T. Ferbel., Introduction to nuclear and particle physics, World Scientific
K. S. Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley and Sons
D. H. Perkins., Introduction to high energy physics, Cambridge University Press
S. D'Auria, Introduction to Nuclear and Particle Physics, Springer
Trasparenze delle lezioni, testi degli esercizi e codici numerici delle simulazioni sono disponibili sul sito ARIEL del corso:
https://aandreazzaifns.ariel.ctu.unimi.it/v5/home/Default.aspx
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La valutazione finale è un voto in trentesimi ottenuto in seguito ad un colloquio orale in cui si discutono: 1-2 esercizi da un insieme di 10 scelti dallo studente; gli aspetti generali e metodologici della disciplina; argomenti specifici sia della fisica nucleare che subnucleare. Viene data enfasi alla capacità di esprimere una padronanza dei concetti e di effettuare connessioni tra i diversi argomenti affrontati dal corso.
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE - CFU: 9
Esercitazioni: 40 ore
Lezioni: 40 ore
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Stanza A/4/C6 (IV piano edificio LITA)
Ricevimento:
da concordare via e-mail
ufficio Dipartimento di Fisica
Ricevimento:
Su appuntamento via e-mail
III piano edificio LITA, metà corridoio a destra (di fronte al locale stampanti)
Ricevimento:
su appuntamento scrivere a fabio.crespi@unimi.it
Ufficio Primo Piano Edificio LITA (A/1/C13), Dipartimento di Fisica via Celoria 16