Libretto delle lezioni del corso di
Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. Sergio Petrera
SSD FIS04 Laurea Magistrale in Fisica AA 2012­2013
01­10 ­201
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–9.15 – 11.15 : Introduzione al corso. Introduzione alla cinematica relativistica. Trasformazioni di Lorentz. 02­10­2012 –11.15 – 13.15 : Quadrivettori e invarianti. Lo spazio­tempo. Quadrivelocita'. Quadrimpulso. 03­10­2012 –9.15 – 11.15 : Uso degli invarianti relativistici. Il sistema del Centro di Massa (CM):  e  dal LAB al CM, energia e impulso di una particella nel CM. Esercizi.
04­10­2012 –9.15 – 11.15 : Soglia di una reazione. Alcuni esempi. Angolo di apertura in un decadimento a due corpi. Esercizi. Cambiamento dello spettro d'impulsi dal CM al sistema del laboratorio.
08­10­2012 –9.15 – 11.15 : Il metodo delle ellissi. Angolo limite. Utilizzo del metodo delle ellissi.
Esercizio su un tracciatore per la rivelazione di un decadimento. 09­10­2012 –11.15 – 13.15 : Come appare un oggetto in movimento ( Concetto di spazio delle fasi. Il decadimento in due corpi. Il decadimento in tre corpi.
15­10­2012 –9.15 – 11.15 : Il decadimento in tre corpi. Limiti cinematici. Concetto di spazio delle fasi. Calcolo nel caso di due corpi nel limite non relativistico.
16­10­2012 –11.15 – 13.15 : Esercizi di cinematica relativistica.
17­10­2012 –9.15 – 11.15 : Generalita' sui processi elettromagnetici delle particelle. Perdita di energia per ionizzazione. Formule di Bohr e Bethe­Bloch.
18­10­2012 –9.15 – 11.15 : Ionizzazione minima. Effetto di densita'. Range o percorso residuo di una particella.
22­10­2012 –9.15 – 11.15 : L'effetto Cherenkov. La diffusione coulombiana multipla.
23­10­2012 –11.15 – 13.15 : Dispersione angolare nello scattering multiplo. Lunghezza di radiazione. L'irraggiamento o bremsstrahlung.
25­10­2012 –9.15 – 11.15 : L'irraggiamento o bremsstrahlung. Sua rilevanza per gli elettroni. Processi elettromagnetici dei fotoni. Effetto fotoelettrico.
29­10­2012 –9.15 – 11.15 : Effetto Compton. Creazione di coppie. Cascata elettrofotonica.
30­10­2012 –11.15 – 13.15 : Esercizi vari su perdita di energia, Spettrometria in emulsioni e camere a bolle 31­10­2012 –9.15 – 11.15 : Esercizi vari su scattering multiplo e effetto Cerenkov.
05­11­2012 –9.15 – 11.15 : Esercizi vari. Scattering multiplo in mezzi spessi. Gruppi di muoni nella roccia. Introduzione alla fisica del nucleo.
06­11­2012 –11.15 – 13.15 : L'esperienza di Geiger e Marsden. L'interpretazione di Rutherford. Il raggio di collisione. Il nucleo atomico. La scoperta del neutrone: composizione del nucleo atomico.
07­11­2012 –9.15 – 11.15 : L'uso di elettroni per lo studio delle dimensioni nucleari. La diffusione elastica degli elettroni. La sezione d'urto di Mott. Il fattore di forma nucleare. Distribuzioni di carica nucleare: la funzione uniforme e quella di Woods­Saxon. Raggi nucleari e loro dipendenza da A.
08­11­2012 –9.15 – 11.15 : Altri metodi: gli atomi µ­mesici. Masse nucleari. Spettrometria di massa. Energie di legame. Analogie con la goccia liquida.
12­11­2012 – 9.15 – 11.15 : Introduzione alla teoria della diffusione. Concetto di sezione d'urto e rate di transizione. Equazione di Lippman­Schwinger.
13­11­2012 – 11.15 – 13.15: Ampiezza di diffusione. Teoria perturbazioni..Approssimazione di Born.
14­11­2012 – 9.15 ­11.15 : Matrice di diffusione e sezione d'urto.Teorema ottico. Teoria perturbazioni dipendente dal tempo.
15­11­2012 – 9.15­11.15 : Regola d'oro di Fermi. Sezione d'urto di Born. Fattori di forma.
20­11­2012 –11.15 – 13.15 : Il modello del nucleo a goccia liquida. La formula semiempirica di massa.
21­11­2012 – 9.15­11.15 : Il modello a gas di Fermi. Esercizi.
22­11­2012 – 9.15­11.15 : Esercizi.
26­11­2012 – 9.15­11.15 : Esercizi.
27­11­2012 –11.15 – 13.15 : Legge del decadimento radioattivo. Decadimenti multimodali. Famiglie di radionuclidi: l'equilibrio secolare. Fenomenologia dei decadimenti Q dei decadimenti.
28­11­2012 – 9.15­11.15 : Q dei decadimenti. Spettroscopia e e relazione con i livelli nucleari. Il decadimento Inconsistenze sperimentali, l'ipotesi di Pauli, il neutrino. 29­11­2012 – 9.15­11.15 : Fenomenologia nei nuclei con A dispari e con A pari. Condizioni cinematiche per il decadimento La legge di Geiger e Nuttal. Il decadimento  come attraversamento della barriera coulombiana, 03­12­2012 – 9.15­11.15 : Il calcolo di Gamow per il decadimento . Limitazioni del modello di Gamow. Effetti di momento angolare. Esercizi.
04­12­2012 –11.15­13.15 : Esercizi.
05­12­2012 – 9.15­11.15 : Fondamenti del modello a shell. Potenziali nucleari. Modello a shell.
06­12­2012 – 9.15­11.15 : Modello a shell. Il termine di spin­orbita. Occupazione dei nucleoni nelle shell.
10­12­2012 – 9.15­11.15 : Spin dei nuclei. Spin e parita' dei nuclei. Momenti magnetici nucleari. 11­12­2012 –11.15­13.15 : Dalla fisica del nucleo alle particelle elementari. Le costanti d'accoppiamento adimensionali. Fermioni e bosoni. Particelle reali e virtuali
12­12­2012 – 9.15­11.15 : L'interazione coulombiana come scambio di fotoni virtuali. Il campo e.m., l'invarianza di gauge. La quantizzazione del campo elettromagnetico. Le equazioni quantistiche relativistiche
13­12­2012 – 9.15­11.15 : Prova scritta parziale.
17­12­2012 – 9.15­11.15 : Fusione termonucleare nelle stelle. Energia di Gamow. Le equazioni quantistiche relativistiche: Klein­Gordon e Dirac. 18­12­2012 –11.15­13.15 : Il campo di Dirac. L'interazione tra i campi di Dirac e elettromagnetico: l'elettrodinamica quantistica (QED). I grafici di Feynman: esempi in QED.
19­12­2012 – 9.15­11.15 : I grafici di Feynman: esempi in QED. Accuratezza dell'elettrodinamica quantistica e confronto con le misure. Relazione tra massa del mediatore e range dell'interazione. Fondamenti della teoria di Yukawa.
19­12­2012 – 9.15­11.15 : La teoria di Yukawa per le interazioni forti. Il mesone di Yukawa. Scoperta di muoni e pioni. La teoria di Yukawa: suoi successi e difficolta'.
07­01­2013 – 9.15­11.15 : Il propagatore bosonico come ampiezza di transizione nella teoria delle perturbazioni. La teoria di Fermi del decadimento , la costante di Fermi. Il plot di Kurie.
08­01­2013 – 11.15­13.15 : Il plot di Kurie e la massa del neutrino. La regola di Sargent. Violazione di unitarieta'. L'interazione forte: il Deep Inelastic Scattering e la spettroscopia adronica. Partoni e quark. Sezioni d'urto pp e p, risonanze adroniche. Funzione di Breit­Wigner.
09­01­2013 – 9.15­11.15 : I quarks come componenti del mesoni e barioni. Gli stati a due quarks (u e d). Conservazione del numero barionico e del sapore dei quarks. Il ruolo di simmetria e parita'. I mesoni pseudoscalari. I barioni 1/2+ e 3/2+.
10­01­2013 – 9.15­11.15 : Lo spin isotopico. La ++ e la necessita' del colore. La funzione d'onda completa del protone.
14­01­2013 – 9.15­11.15 : Il momento magnetico di p e n nel modello a quark. Il quark s. La stranezza: produzione associata e decadimento debole di particelle strane. Stati con (u, d, s).
15­01­2013 – 11.15­13.15 : SU(3). La predizione dell'­. I quarks pesanti. Decadimenti deboli: l'angolo di Cabibbo. Il meccanismo GIM e il quark c. La scoperta della J/Descrizione degli esperimenti. Gli stati adronici con i quarks pesanti e loro decadimenti.
16­01­2013 – 9.15­11.15 : Il colore: sua evidenza sperimentale. Il rapporto R tra sezioni d'urto e+e­ in adroni e in muoni. La Cromodinamica quantistica. Il confinamento dei quarks e la liberta' asintotica.
17­01­2013 – 9.15­11.15 : La frammentazione dei quarks, jets in e+ e­. La polarizzazione del vuoto e l'effettp di schermo/antischermo della carica. Esercizi.
21­01­2013 – 9.15­11.15 : I leptoni e la fisica debole. Decadimenti di adroni e leptoni. Neutrini e antineutrini. Il decadimento doppio beta. L'esperimento di Reines e Cowan. La conservazione del numero leptonico. L'esperimento dei due neutrini. 22­01­2013 – 11.15­13.15 : La conservazione del numero leptonico. Dalla teoria di Fermi alla teoria elettrodebole. I grafici fondamentali dell'interazione debole: correnti cariche e correnti neutre.
23­01­2013 – 9.15­11.15 : Il mescolamento dei quarks e la matrice di Cabibbo­Kobayashi­
Maskawa.. La fisica a LEP. Il numero di neutrini. La non conservazione della parita'. Il puzzle tau­
theta.
24­01­2013 – 9.15­12.15 : L'ipotesi di Lee e Yang. Asimmetria nel decadimento beta. L'esperimento di Wu. Esercizi.