ELEMENTARY PARTICLE PHYSICS

Modulo ELEMENTARY PARTICLE PHYSICS I

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 scoperta e classificazione delle particelle, 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 con la partecipazione attiva 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.

Non sono richieste propedeuticità obbligatorie ma sono fortemente consigliati i corsi “Advanced Quantum Mechanics”, “Nuclear and Particle Physics”, “Strong Interactions”

La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi)

• Richiami delle proprietà di leptoni e quark e delle teorie di gauge (lagrangiana QED e QCD)
• Mesoni e Barioni e stati esotici.
• 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.
• 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.
• Lagrangiana di Yukawa.
• 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.
  
• Fisica elettrodebole: misure di precisione (sin2θW, 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.

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.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

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.

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi

Famiglie di neutrini

Meccanismi di produzione e decadimento del bosone di Higgs

b-tagging

Lineshape della Z