NUCLEAR REACTION THEORY
Anno accademico 2021/2022 - 1° anno - Curriculum NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, Curriculum NUCLEAR PHENOMENA AND THEIR APPLICATIONS e Curriculum THEORETICAL PHYSICSCrediti: 6
SSD: FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
Organizzazione didattica: 150 ore d'impegno totale, 100 di studio individuale, 35 di lezione frontale, 15 di esercitazione
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Il corso si propone di fornire gli elementi di base della teoria dello scattering applicata alle collisioni tra nucleoni e alle reazioni nucleari dirette. Si vuole inoltre introdurre lo studente alla trattazione e fenomenologia delle reazioni tra ioni pesanti alle energie intermedie, dalle reazioni di fusione e deep-inelastic alla transizione di fase liquido-gas nella materia nucleare. L'approccio seguito è di tipo teorico-fenomenologico.
Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).
Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari. Notevole padronanza del metodo scientifico, e comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca in Fisica. Durante il corso lo studente comprenderà i principali meccanismi di reazione nucleare, dalle basse alle energie intermedie, inquadrandoli nel contesto attuale di ricerca in fisica nucleare, e acquisirà i principali strumenti teorici per la descrizione di tali processi.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno (con riferimento alle reazioni nucleari e al comportamento di materia nucleare), in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a problemi nuovi, relativi alla descrizione di nuovi processi nucleari di interesse attuale (problem solving).
Abilità comunicative (communication skills).
Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica.Tali abilità saranno sviluppate nell’ambito della comunicazione di tematiche relative alla dinamica delle reazioni nucleari e alle proprietà della materia nucleare.
Capacità di apprendimento (learning skills).
Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze. Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo delle reazioni nucleari che in campi scientificamente vicini.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento prevede lezioni frontali (5 CFU = 35 ore), prevalentemente alla lavagna, ed alcune ore di esercitazioni in aula (1 CFU = 15 ore), con coinvolgimento degli studenti.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Conoscenze indispensabili: nozioni di base di fisica generale e di meccanica quantistica.
Frequenza lezioni
La frequenza è obbligatoria.
Contenuti del corso
TEORIA DELLO SCATTERING E REAZIONI NUCLEARI - Reazioni elastiche e inelastiche. Cinematica delle reazioni nucleari. Teoria classica dello scattering. Caratteristiche qualitative delle reazioni nucleari. Teoria quantistica dello scattering. Descrizione in onde parziali: sfasamenti ed interferenze. Hard-Sphere Scattering. Scattering a bassa energia. Stati legati e risonanze di scattering. Lunghezza di scattering, effective range e interazione nucleare. Approssimazione di Born per reazioni elastiche e inelastiche. Modello a doppio potenziale e approssimazione di Born in onde distorte (DWBA). Teorema ottico e sezione d'urto di assorbimento. Black sphere. Reazioni dirette: stripping, pick-up e knock-out. Descrizione della reazione di pick-up (p,d). Approssimazione impulsiva. Approssimazione iconale. Reazioni con scambio di carica e legame con decadimento beta. Reazioni di nucleo composto. Teoria empirica del potenziale ottico.
COLLISIONI NUCLEARI AD ENERGIA INTERMEDIA - Equazione di stato della materia nucleare. Isospin ed energia di simmetria. Dinamica nucleare nello spazio delle fasi. Trasformata di Wigner e sue proprietà. Approssimazione semiclassica. Equazione del trasporto Boltzmann-Nordheim-Vlasov. Zero e First sound in materia nucleare. Dalla Fusione incompleta alla multiframmentazione: il meccanismo spinodale per la dinamica della transizione liquido-gas in materia nucleare. Reazioni deep-inelastic e meccanismo di formazione del neck. Cenni su flussi collettivi radiali, trasversi ed ellittici in reazioni fra ioni pesanti.
Testi di riferimento
1) J.J. Sakurai, Meccanica Quantistica Moderna, Ed. Zanichelli, 1990 - Capitolo 7
2) G.R. Satchler, Introduction to Nuclear Reaction, Macmillian Education, 1990
3) C.A. Bertulani, P. Danielewicz, Introduction to Nuclear Reactions, IOP Publishing, London, 2004
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Teoria classica dello scattering: grazing e rainbow nucleare | 3) |
| 2 | Formulazione dello scattering in meccanica quantistica | 1) |
| 3 | Scattering in onde parziali e phase shift | 3) |
| 4 | Approssimazione di Born per lo studio di reazioni dirette | 2), 3) |
| 5 | Approssimazione DWBA, approssimazione iconale | 2) |
| 6 | Caratteristiche dell'interazione nucleare | 3) |
| 7 | Teoria dei canali accoppiati per reazioni dirette | 2) + materiale fornito dal docente |
| 8 | Reazioni di transfer e di scambio di carica | 2) + materiale fornito dal docente |
| 9 | Equazione di stato della materia nucleare | Materiale didattico fornito dal docente |
| 10 | Equazione del trasporto per la dinamica delle collisioni tra ioni pesanti | Materiale didattico fornito dal docente |
| 11 | Modelli teorici per lo studio delle reazioni dirette e delle collisioni fra ioni pesanti | 2) + materiale fornito dal docente |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
MODALITÀ D'ESAME
La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale, con domande relative a punti qualificanti delle varie parti del programma (teoria classica dello scattering, scattering quantistico elastico e/o inelastico, reazioni nucleari dirette, collisioni tra ioni pesanti ed equazione di stato della materia nucleare). In tal modo si intende accertare il livello di conoscenza complessiva acquisita dal candidato, la sua capacità di affrontare criticamente gli argomenti studiati e di mettere in correlazione le varie parti del programma. E' richiesta inoltre la capacità di saper svolgere i passaggi essenziali che portano alle varie formule di base della teoria delle reazioni nucleari.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
[Learning assessment may also be carried out on line, should the conditions require it.]
Criteri per l’attribuzione del voto finale:
Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati durante il corso e la capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.
DATE D'ESAME
Consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea Magistrale in Fisica: http://www.dfa.unict.it/corsi/LM-17/esami
PROVE IN ITINERE
Non previste.
PROVE DI FINE CORSO
Vedi modalità e date d'esame.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Domande frequenti:
- Concetto di sezione d'urto
- Effetti di rainbow e orbiting
- Equazione di Lippmann-Schwinger
- Approssimazione di Born DWBA
- Sezione d'urto elastica e di assorbimento
- Esempi di reazioni dirette
- Reazioni di nucleo composto
- Equazione di stato della materia nucleare
- Concetto di campo medio
- Teoria cinetica Landau-Vlasov
- Modi collettivi e instabilità
- Caratteristiche principali delle collisioni fra ioni pesanti.