FISICA ASTROPARTICELLARE

Il corso si propone di approfondire alcune tematiche relative alla fenomenologia delle astroparticelle, soffermandosi sia sugli aspetti sperimentali che fenomenologici, mettendo in risalto i legami con la fisica delle particelle elementari e il legame con le osservazioni di carattere astrofisico e cosmologico e l’importanza e la complementarità fornita dallo studio delle proprietà di diversi messaggeri (RC, gamma, neutrini). Lo studente acquisirà una comprensione critica, in particolare, tematiche di grande attualità come l’origine della materia e dell’energia oscura, la fisica dei neutrini, le proprietà e le tecniche di rivelazione dei raggi cosmici.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding)
Comprensione critica dei principi fondamentali sui cui si base la nostra conoscenza della fisica astroparticellare. Comprensione del legame con la fisica delle particelle e con l’astrofisica e la cosmologia. 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 dei raggi cosmici, dei neutrini e dei fenomeni galattici ed extra-galattici di altissima energia. Capacità di comprendere le analogie e le differenze tra le misure dirette e indirette. Capacità di estrapolare i concetti appresi a ricerche future. Capacità di identificare gli elementi chiave per le ricerche di materia oscura e energia oscura.

Abilità comunicative (communication skills).
Competenze nella comunicazione nell’ambito della Fisica delle Astroparticelle, utilizzo del linguaggio scientifico e della terminologia tipica della Fisica astroparticellare.

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 astroparticellare che in ambiti contigui.

• Richiami sui costituenti elementari della materia e sulle loro interazioni: quarks, leptoni, gluoni, fotoni, W+, W-, Z0, interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche. Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli

• Complementarità fra studio dei Raggi Cosmici e studio delle particelle elementari e delle loro interazioni agli acceleratori.

• Flusso differenziale, spettro e composizione dei Raggi Cosmici primari. Raggi Cosmici primari e secondari.

• Cenni sulla morfologia della Galassia

• Meccanismi di Accelerazione dei raggi cosmici. Sorgenti astrofisiche e galattiche dei raggi cosmici. Il Cutoff di Greisen-Zatsepin-Kuzmin. Equazioni di trasporto dei raggi cosmici primari e secondari nell'atmosfera. Sviluppo di sciami nell'atmosfera.

• Metodi di osservazione/studio dei flussi di Raggi Cosmici primari nello spazio, nell'atmosfera, sulla Terra per energie fino a >1022 eV : rivelazione di protoni, fotoni, nuclei pesanti, muoni, neutrini, sciami estesi.

• Gamma astronomia.

• Proprietà di interazione dei neutrini, richiamo sullo sviluppo della teoria delle interazioni deboli e del modello standard delle interazioni elettro-deboli. Interazioni semileptoniche e puramente leptoniche di neutrini.

• Neutrini di Dirac e di Majorana.

• Oscillazioni di neutrini. Studio delle "oscillazioni di neutrini": neutrini solari, spettro dei neutrini solari, neutrini atmosferici. Meccanismo See-Saw.

• Esperimenti con neutrini e tecniche di rivelazione.

• Cenni di cosmologia. Evoluzione dell’Universo. Big Bang Nucleosynthesis.

• Cosmic Microwave Background.

• Materia ed energia oscura. Possibili sorgenti di materia oscura. Cold e Hot Dark Matter.

• Fisica oltre il Modello Standard. Modello Supersimmetrico minimale. Weakly Interactive Massive Particles.

• Esperimenti diretti ed indiretti per la ricerca di Materia Oscura.

• Esperimenti per la ricerca dell’Energia Oscura. SNIA. Diagramma di Hubble. Barionic Acoustic Oscillations.

• Risultati dell’esperimento Planck.

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 astroparticelle. 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.