ELEMENTARY PARTICLE PHYSICS -II

Il corso si propone di approfondire alcune tematiche avanzate relative alla fenomenologia delle particelle elementari, con particolare riguardo alle linee di ricerca più attuali condotte agli acceleratori recenti (LEP e TeVatron) e attuali (LHC). Lo studente acquisirà una comprensione critica in particolare, sui temi relativi al Modello Standard, alla ricerca del bosone di Higgs e alle possibili estensioni supersimmetriche del Modello Standard. Lo studente acquisirà gli elementi fondamentali per comprendere la fenomenologia dei processi di interazione fondamentale, sviluppando una notevole comprensione dei metodi scientifici applicati nel campo.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)

Comprensione critica dei principi fondamentali sui cui si base il Modello Standard. Comprensione dei metodi di misura e delle tecniche di ricerca.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)

Capacità di identificare gli elementi distintivi nella fisica ai collider. Capacità di comprendere le analogie e le differenze tra le misure a collider leptonici e adronici. Capacità di estrapolare i concetti appresi a ricerche future. Capacità di identificare gli elementi chiave per le misure di precisione e per la fisica di scoperta.

Abilità comunicative (communication skills).

Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica delle Particelle Elementari, utilizzo del linguaggio scientifico e della terminologia tipica della Fisica delle Particelle Elementari.

Capacità di apprendimento (learning skills).

Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo della fisica delle particelle che in ambiti contigui.

Il corso si basa su lezioni frontali ed esercitazioni.

Non sono richieste propedeuticità obbligatorie ma sono fortemente consigliati i corsi “Meccanica quantistica avanzata”, “Fisica delle Particelle 1”, “Teoria della Interazioni Subnucleari”

La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata

• Richiami delle proprietà di leptoni e quark e delle teorie di gauge (lagrangiana QED e QCD)
• Cromodinamica quantistica (QCD). Proprietà dei quark e dei gluoni. Libertà asintotica e confinamento. Dipendenza delle costanti di accoppiamento dall’energia. Jet di adroni: proprietà e identificazione dei jet. Sfericità, thrust e variabili topologiche. Misure di αstrong nei decadimenti del tau ed in eventi a multi-jet.
• Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli. Lagrangiana elettrodebole. Bosoni di gauge privi di massa. Meccanismo di rottura spontanea della simmetria.
• Proprietà dei bosoni Z e W: correnti neutre e correnti cariche. Decadimento e proprietà dei bosoni vettori intermedi.
• Fisica elettrodebole: misure di precisione (sin²θ_W, Z lineshape parameters, massa e sezione d'urto del W, numero di famiglie di neutrino, top quark). Tecniche di analisi e identificazione dei leptoni e degli eventi adronici. Tagging dei jet contenenti quark b. Tagging degli eventi con leptoni tau. Test di precisione del Modello Standard.
• Il problema delle masse: il meccanismo di Higgs. Ricerca del bosone di Higgs SM. Risultati degli esperimenti LEP e del Tevatron. La scoperta del bosone di Higgs ad LHC.
• Fisica dei sapori pesanti: charm, bottom, top. Proprietà dei quark pesanti. Risultati più recenti nel settore dei quark pesanti ai collider e+e- e agli hadron collider.
• Violazione di CP: violazione di CP nel settore dei K e dei B. Matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. Misura del sin 2β. Decadimenti diretti ed indiretti. Mixing. Oscillazione dei mesoni B neutri. B factories. Triangolo di unitarietà e UTFit.
• Oltre il modello Standard: i limiti del MS. Estensioni del MS. Grande Unificazione. I bosoni di Higgs nelle estensioni del Modello Standard. MSSM: ricerca di particelle supersimmetriche (LEP e Tevatron). Ricerca di particelle supersimmetriche ad LHC.u

Si consiglia l'utilizzo degli appunti e delle dispense che vengono fornite durante il corso.

Possibili testi di riferimento da non considerarsi esaustivi:

Dynamics of the Standard Model - J. Donoughue -Cambridge Mongraphs

Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics - F. Halzen, A.D. Martin

Introduction to Particle Physics - A. Bettini - Cambridge University Press

Metodi e criteri di valutazione dell’apprendimento: l’esame verterà in una prova orale volta alla verifica delle capacità critiche dello studente di confrontarsi con le problematiche fenomenologiche e sperimentali proprie della fisica delle particelle. Si verificherà la capacità e la chiarezza di esposizione, l’abilità ad inquadrare il tema richiesto in un contesto generale e la capacità di utilizzo degli strumenti fisici e di calcolo appresi.

Criteri per l’attribuzione del voto finale: il voto finale scaturirà dall’esito della prova orale in cui il peso maggiore sarà dato alle capacità critiche mostrate dallo studente.

Famiglie di neutrini

Meccanismi di produzione e decadimento del bosone di Higgs

b-tagging

Lineshape della Z