Teoria delle interazioni fondamentali 2

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/02
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Questo corso tratta la teoria attuale delle interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche: il cosiddetto ``modello standard''.
I concetti e le tecniche di teoria quantistica dei campi necessari per la costruzione di questa teoria vengono introdotti
prendendo spunto da problemi classici ed attuali nella fenomenologia delle particelle che ne sono alla base.
Il corso si prefigge di fornire una comprensione dei fondamenti della teoria,
ed una conoscenza delle tecniche necessarie per applicarla al calcolo di processi fisici.
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso lo studente:
1. sapra' ricavare le masse dei campi di gauge, di Higgs e di materia
dai parametri di rottura della simmetria elettrodebole
2. sapra' calcolare processi elettrodeboli che coinvolgano bosoni W, Z e di Higgs
3. sapra' esprimere le masse dei quark in termini dei parametri della matrice CKM
4. sapra' esprimere la violazione di CP in processi fisici in termini
di parametri della matrice CKM
5. sapra' calcolare processi di QCD ad alta energia nel modello a partoni
6. sapra' impostare il calcolo di correzioni di QCD al modello a partoni
7. sapra' utilizzare le equazioni di Altarelli-Parisi per dscrivere
le violazioni di scaling
8. saprà discutere il problema della stabilità infrarossa
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
- La violazione della parità.
La teoria di Fermi dei decadimenti beta come teoria efficace.
Il decadimento del muone.
- Correnti neutre e correnti cariche: l'unificazione elettrodebole
- Le interazioni elettrodeboli e il gruppo di gauge
SU(2)xU(1): i bosoni W e Z ed il problema delle masse
- Rottura spontanea di simmetria: i bosoni di Goldstone e il
meccanismo di Higgs
- Masse e mixing tra i bosoni vettori
- La particella di Higgs: produzione e decadimento
- Masse dei quarks.
- Mescolamento dei quarks e violazione di CP

- Elementi di base della QCD.
- Running coupling e libertà asintotica.
- Produzione di adroni in annichilazioni elettrone-positrone.
- Divergenze infrarosse e infrared safety.
- Diffusione profondamente anelastica leptone-adrone.
- Il modello a partoni.
- Teorema di fattorizzazione e calcoli perturbativi.
- Densità partoniche ed equazioni di evoluzione.
- Collisioni adroniche e l'LHC.
- Parton branching, shower Monte Carlo e jets.
- Risommazione di Sudakov a tutti gli ordini.
Prerequisiti
Conoscenza degli elementi base della teoria quantistica dei campi: quantizzazione dei campi liberi: scalare, fermionico, vettoriale; teoria interagente e derivazione delle regole di Feynman.
Capacità di calcolare ampiezze ad albero per processi elementari in QED. Capacità di calcolare sezioni d'urto.
Metodi didattici
Il corso consiste di una serie di lezioni frontali in cui vengono presentati alla lavagna argomenti teorici e dimostrazioni e in cui vengono calcolate esplicitamente osservabili di interesse per la fisica delle particelle elementari.
Materiale di riferimento
C.M.Becchi, G.Ridolfi, "An introduction to relativistic processes and the standard model of the electroweak interactions", Springer

M.E.Peskin, D.V.Schroeder, "An introduction to Quantum Field Theory", Perseus Books
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame finale del corso è orale.
Lo studente svolge a casa dei problemi assegnati dal docente alla fine del corso, per cui sono necessarie le conoscenze acquisite durante il corso.
Durante l'esame viene richiesta la discussione di due problemi, uno nell'ambito elettrodebole e uno legato alla QCD. Lo studente può utilizzare i propri appunti per presentare i passaggi principali dei calcoli svolti.
Il risultato finale dipende da diversi fattori:
la correttezza dei calcoli svolti;
la capacità di descrivere ogni elemento che compare nei calcoli e di giustificarne il ruolo e il significato;
la capacità di eseguire analisi dimensionali;
la capacità di estrapolare i risultati ottenuti in opportuni limiti fisici.
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
Tutti i giorni, dopo le 14.30
DC-1-5