Teoria delle interazioni fondamentali 1

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/02
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Obbiettivi del corso:
Il corso si prefigge l'obiettivo di fornire una comprensione dei fondamenti della teoria quantistica dei campi, ed una conoscenza delle tecniche necessarie per applicarla al calcolo di processi fisici ad alte energie. Alla fine del corso lo studente sara' in grado di:

1. descrivere la cinematica di un processo fisico di interazione tra particelle (spazio delle fasi, sistema di riferimento, invarianti di Mandelstam)
2. calcolare la sezione d'urto ed il tasso di decadimento a livello albero a partire dalle regole di Feynman della teoria
3. impostare un calcolo ad uno o piu' loop e di capirne il significato della procedura di rinormalizzazione
4. determinare il comportamento delle costanti di accoppiamento data la funzione beta di una teoria, in particolare nel caso della QCD
5. considerare l'effetto delle correzioni radiative in QCD a semplici processi fisici
6. ricavare la teoria di Fermi dei decadimenti deboli dalla teoria di Weinberg-Salam e collegare le predizioni nelle rispettive teorie
7. esprimere le costanti di accoppiamento elettromagnetiche e deboli in termini dell'angolo di Weinberg

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Programma
Nel corso viene introdotta l'elettrodinamica quantistica come prototipo di teoria di campo ed i concetti fondamentali dell'interazione elettrodebole (unficazione delle costanti di accoppiamento e teorie efficaci) e dell'interazione forte (liberta' asintotica). Vengono inoltre presentate e discusse le tecniche di calcolo necessarie per ottenere predizioni
teoriche in teoria di campo perturbativa per i processi di scattering e di decadimento ad alte energie;

- La lagrangiana dell'elettrodinamica
- Regole di Feynman per l'elettrodinamica quantistica
- Calcolo del processo di creazione di coppie di muoni in annichilazione elettrone-positrone (e+ e- -> mu+ mu-) all'ordine perturbativo dominante: dai diagrammi di Feynman alle ampiezze
- Calcolo di sezioni d'urto e larghezze di decadimento: fattori di flusso e spazio delle fasi
- L'urto Compton: calcolo all'ordine perturbativo dominante
- Il "g-2" dell'elettrone: correzioni ad un loop finite
- Divergenze ultraviolette e rinormalizzazione
- Funzione beta e liberta' asintotica
- Introduzione del "colore" e QCD
- Correzioni di QCD ai processi elettromagnetici: produzione di adroni in annichilazione elettrone-positrone (e+ e- -> adroni)
- La teoria di Fermi dei decadimenti beta e introduzione all'unificazione elettrodebole
Informazioni sul programma
Questo corso tratta i concetti e le tecniche di teoria quantistica dei campi necessari per la costruzione del Modello Standard delle particelle elementari, esaminando aspetti classici ed recenti della fenomenologia delle intereazioni elettrodeboli e forti.
Prerequisiti e modalità di esame
Prerequisiti:
1. Meccanica Quantistica (teoria non relativisitica)
2. Elettrodinamica classica (inclusa Relativita' Speciale)
3. Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare

Modalità di esame: problemi scritti da svolgere a casa e discussione orale delle soluzioni
Materiale didattico e bibliografia
-Peskin e Schroeder, Introduction to quantum field theory;
-Mandl e Shaw, Quantum Field theory
-Maggiore, A modern introduction to quantum field theory;
-Becchi e Ridolfi, Introduction to relativistic processes and the Standard Model of electroweak interactions;
-Altarelli, Collider Physics within the Standard Model: a Primer;
-Ellis, Stirling e Webber, QCD and Collider Physics;
-Radovanovic, Problem book in quantum field theory
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi