FISICA NUCLEARE E SUB - NUCLEARE

Fornire agli studenti, a prescindere dal curriculum di studi che essi hanno scelto, formazione di base su fisica nucleare e particellare, con particolare riferimento alla struttura della materia adronica, alle forze di interazione elettrodebole ed alla fisica dei neutrini.

Cenni storici ed introduzione

1) Il concetto di sezione d’urto nei processi atomici e nucleari. L’esperienza di Rutherford e la nascita del concetto di nucleo atomico. Interazione coulombiana e relativa sezione d’urto. La scoperta del protone e del neutrone. La scoperta del positrone e del muone.

Diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni

2) Generalità su interazione di particelle cariche con la materia. Seconda regola d’oro di Fermi. Diagrammi di Feynman.

3) Cinematica della diffusione di elettroni su nuclei e nucleoni. Formule di Mott e Rutherford. Proprietà elettromagnetiche dei nuclei. Scattering di elettroni su nuclei e misura del loro raggio di carica elettrica. Spin e momenti magnetici. Cenni su momenti elettrici di quadrupolo.

4) Elicità e sua conservazione. Fattori di forma dei nucleoni. Formula di Rosenbluth. Minimi di diffrazione nelle sezioni d’urto e nei fattori di forma. Raggi dei nucleoni. Separazione dei fattori di forma elettrico e magnetico. Fattore di forma dipolare. Fattore di forma elettrico del neutrone. Fattori di forma asintotici. Fattori di forma di pioni e kaoni.

Modello a partoni del nucleone

5) Diffusione inelastica di elettroni su nuclei. Picco quasi-elastico. Diffusione inelastica su nucleoni. Stati eccitati dei nucleoni. Diffusione Inelastica Profonda. La variabile di scala x di Bjorken e le funzioni di struttura. Deflessione elettrone-quark. F(x) per un quark nel nucleone. Funzioni di struttura per nucleoni composti di tre quark. Relazione di Callan-Gross. Le funzioni di struttura non dipendono da Q². Interpretazione della variabile x. F₂^p(x,Q²): quark di valenza più il mare di quark-antiquark. Contributo dei quark di valenza e dei quark del mare alle funzioni di struttura dei nucleoni. Quark accoppiati e quark isolati nei nucleoni. Separazione del mare: F₂^p-F₂ⁿ. Contributo dei quark al quadri-momento del nucleone. Interpretazione del rapporto F₂ⁿ/F₂^p. Funzioni di distribuzione dei quark nei nucleoni.

Decadimento beta – Fisica dei neutrini

6) Fenomenologia del decadimento beta. Leptoni e neutrini. Esperimento di Cowan-Reines. Invarianze e simmetrie. Non conservazione della parità nel decadimento beta. Esperimento di Wu e collaboratori. Massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini.

7) Le famiglie di leptoni. I bosoni W e Z. Scattering di neutrini. Neutrino come particella di Majorana ? Scattering inelastico profondo di neutrini.

8) Problemi di attualità: a) oscillazioni di neutrino; b) doppio decadimento beta.

Temi di Fisica Adronica

9) Risonanze Barioniche e loro eccitazione. Reazioni con frammentazione adronica nello stato finale.