Fisica nucleare

A.A. 2019/2020
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/04
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Lo scopo del corso è che lo studente arrivi ad essere in grado di comprendere le tematiche di attuale interesse in fisica nucleare, orientandosi nella letteratura riguardante la struttura e le reazioni nucleari. Nella prima parte del corso si introducono le caratteristiche dell'interazione tra nucleoni, le proprietà degli stati fondamentali, i limiti della stabilità nucleare, e gli aspetti principali degli spettri nucleari. Nella seconda parte si trattano le nozioni fondamentali sulle reazioni nucleari. Il corso termina con una breve trattazione delle applicazioni della fisica nucleare all'astrofisica. Il corso è integrato da commenti sullo stato attuale della nostra conoscenza, e sui problemi aperti che sono oggetto di ricerca attiva.
Risultati apprendimento attesi
1.Lo studente conoscerà le caratteristiche principale dell'interazione tra nucleoni nel vuoto e nel mezzo nucleare.
2.Lo studente avrà una conoscenza generale della struttura dei nuclei nel loro stato fondamentale, della struttura a shell, e dei fenomeni di deformazione e superfluidità nucleare. Conoscerà altresì i limiti della stabilità nucleare.
3.Lo studente conoscerà le caratteristiche generali degli spettri nucleari.
4.Lo studente distinguerà i tipi principali di reazione nucleare (dirette o di nucleo composto, elastiche, inelastiche e di trasferimento).
5.Lo studente conoscerà le caratteristiche generali dei processi di fissione nucleare e fusione tra ioni pesanti.
6.Lo studente conoscerà le principali applicazioni della fisica nucleare per i processi astrofisici (reazioni stellari, nucleosintesi, oggetti compatti).
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
1. L'interazione nucleone-nucleone (NN) nel vuoto e nella materia nucleare. Richiami sui sistemi nucleari semplici (deutone) e sullo "scattering". L'interazione NN e le teorie di campo (cenni). Forze a tre corpi.
2. Modelli per la struttura nucleare: richiami sul modello a shell, teoria di Hartree-Fock. Interazione di "pairing", e teoria Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) per la superfluidità nucleare.
3. Nuclei ricchi di protoni o di neutroni e limiti della stabilità nucleare ("drip lines"): masse di nuclei instabili, distribuzioni di densità, sistemi con "alone". Tecniche sperimentali per lo studio di nuclei instabili: produzione ed accelerazione di fasci radioattivi
4. Spettroscopia nucleare. Nuclei sferici e deformati. Stati collettivi vibrazionali di nuclei sferici e teoria della risposta nucleare ad un campo esterno.
5. Deformazione nucleare. Spettri rotazionali. Approssimazione adiabatica.
6. Reazioni nucleari: introduzione, cinematica e leggi di conservazione. Teoria dello "scattering" e teoria formale delle reazioni nucleari. Reazioni dirette elastiche ed inelastiche, reazioni di trasferimento. Reazioni di nucleo composto. Temperatura nucleare.
7. Fisica nucleare e processi astrofisici: evoluzione stellare e nucleosintesi, reazioni all'interno del sole, reazioni in stelle più massive e picco di Gamow.
8. Stelle di neutroni: proprietà generali (massa e raggio), equazione di Tolman-Oppenheimer-Volkov, legame con l'equazione di stato nucleare.
9. Reazioni di fusione tra ioni pesanti. Fissione nucleare.
Prerequisiti e modalità di esame
Ci si attende, oltre alle conoscenze di fisica generale note dalla laurea triennale, che lo studente abbia in particolare: (1) acquisito le nozioni introduttive di un corso base di fisica Nucleare e Subnucleare (proprietà globali del nucleo atomico, formula semi-empirica delle masse, densità di carica nucleare, decadimenti); (2) abbia una conoscenza della meccanica quantistica non-relativistica.
Metodi didattici
Il docente rende disponibile prima del corso una dispensa e presenta il programma del corso in modo dettagliato. Le singole lezioni avvengono in modalità tradizionale, prevalentemente con uso della lavagna (anche se vengono proiettate o mostrate agli studenti in altra forma figure e tabelle complesse). Viene lasciato ampio spazio alla discussione. Viene verificata la congruenza dell'esposizione con il curriculum e gli interessi di ricerca dei singoli studenti.
Materiale didattico e bibliografia
Pagina web del corso, dispensa e bibliografia consigliata: accessibile da http://www0.mi.infn.it/~colo/Didattica/general.html;
C. A. Bertulani, Nuclear Physics in a Nutshell, Princeton University Press, 2007.
Modalità esame
Lo studente è chiamato a sostenere un colloquio orale che si articola generalmente in due parti. La ragione soggiacente è che il programma è molto vasto. Di conseguenza, in una prima parte lo studente deve mostrare una conoscenza sufficientemente approfondita di un argomento a scelta, ed esporre l'argomento in maniera metodologicamente corretta. In seguito vengono rivolte domande generali sul resto del programma, al fine di valutare anche se lo studente sia stato in grado di farsi un'idea corretta di quali argomenti siano importanti e ben compresi dalla ricerca attuale, e di quali questioni siano invece secondarie. La valutazione tiene quindi conto della maturità complessiva dello studente, in termini di (1) capacità di mettere in prospettiva gli argomenti d'esame, (2) capacità di utilizzare le nozioni di altri corsi, (3) conoscenza della fenomenologia e delle interpretazioni teoriche dei fenomeni nucleari, (4) metodologia di esposizione e capacità di sintesi.
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente: Colo' Gianluca
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento via e-mail
ufficio c/o Dip. Fisica via Celoria 16