ISTITUZIONI DI FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
A. A. 1996-97
Prof. Giuseppina Orlandini
Oggetto e obiettivi del corso
L'obiettivo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze fenomenologiche di base della struttura della materia a livello subatomico. Il corso cerca di presentare in maniera coordinata concetti e caratteristiche della fisica nucleare e della fisica delle particelle elementari, sottolineando le idee unificatrici, gli strumenti comuni e i problemi irrisolti.
Argomenti effettivamente svolti
- Ordini di grandezza tipici del mondo subatomico.
- Cenni storici sulle tappe principali che hanno portato ad
individuare un ambito subatomico:
Conduzione nei gas rarefatti, scoperta dell' elettrone e del protone.
Sostanze radioattive, raggi alfa, beta e gamma.
Legge del decadimento radioattivo, serie di disintegrazione naturale.
La scoperta del neutrone. Raggi cosmici. Spettrografia di massa.
Radioattivita' beta e neutrino.
- Richiamo di cinematica relativistica :
Conservazione del quadrimpulso nelle reazioni.
Massa invariante.
- Tecniche sperimentali:
Gli acceleratori. I generatori elettrostatici Van der Graaff e Tandem,
acceleratori lineari, sincrotroni, colliders, cenni sull'ottica di fasci.
Interazione radiazione materia: particelle cariche pesanti, elettroni,
fotoni, particelle neutre.
Rivelatori. Contatori a scintillazione, rivelatori a semiconduttori, camere
a bolla, camere a nebbia, camere a scintilla, camere a fili, camere a
proiezione temporale.
- Diffusione:
Definizione di sezione d'urto,
sezioni d'urto differenziali, sezioni d'urto totali.
Collisione di due particelle, sistema del laboratorio e del centro di massa.
Diffusione da un potenziale centrale.
Derivazione della sezione d'urto di Rutherford.
- Nuclei:
Formula semiempirica della massa di Weizsacker, energie di legame, energie
di separazione, numeri magici.
Costituenti, numeri di massa e carica, isotopi, curva di stabilita'.
Dimensioni, momenti magnetici, isospin.
Fissione e fusione.
Proprieta' della forza nucleare e sua origine, ipotesi di Yukawa.
Proprieta' dei nuclei leggeri (deuterio, trizio, elio4) e trattazione
quantomeccanica non relativistica.
Modelli nucleari per i nuclei piu' pesanti, modello a goccia, modelli a
particelle indipendenti, determinante di Slater, densita' a 1 corpo e 2 corpi.
Problema del moto di centro di massa, modello a shell con potenziale
di oscillatore armonico, interazione di spin-orbita.
Materia nucleare e gas di Fermi.
Studio dei nuclei mediante scattering. Scattering elastico, fattori di
forma e densita', scattering inelastico e spettri di eccitazione nucleare,
stati discreti, risonanze, scattering quasi elastico.
- Particelle:
Interazioni fra le particelle subatomiche, diagrammi di Feynmann e bosoni
mediatori, raggio d'azione delle interazioni.
Prima classificazione delle particelle, leptoni, mesoni, barioni,
bosoni di gauge.
Particelle e antiparticelle.
Struttura interna degli adroni, scattering elastico di leptoni carichi e
fattori di forma di carica e magnetici di protone e neutrone, scattering inelastico e spettro barionico,
scattering profondamente inelastico e partoni, quark.
Fondamenti della quantocromodinamica, quark e colore, liberta' asintotica
e confinamento, relazioni con la fisica nucleare.
Relazione fra simmetrie e leggi di conservazione, Leggi di conservazione
additive, conservazione della carica elettrica,
numero barionico, numero leptonico e muonico, neutrini e antineutrini,
massa dei neutrini, stranezza e ipercarica, numeri quantici additivi
dei quark, ipercarica generalizzata.
Isospin e momento angolare.
Leggi di conservazione moltiplicative, parita', violazione della parita'nelle
interazioni deboli, decadimento beta del Co60, coniugazione di carica,
inversione temporale, kaoni neutri, violazione di CP, teorema CPT.
- Cenni sulla produzione di energia nucleare.
Testi consigliati
H. FRAUENFELDER E E.M. HENLEY, Subatomic Physics, in particolare i capp. 1-9; 15-19
R. EISENBERG E R. RESNICK, Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles, in particolare i capp. 15, 16, 17, 18
R.D. EVANS, The Atomic Nucleus (per integrazioni e consultazione), in particolare i capp. 1, 8, 9, 10
W.E. MEYERHOF, Elements of Nuclear Physics, in particolare i capp. 1, 2, 5, 6
Modalità e svolgimento dell'esame
L'esame consiste di una prova orale alla fine del corso. Verrano valutati anche eventuali seminari su argomenti monografici tenuti dallo studente durante il corso.
Date dei prossimi appelli d'esame:
Orale: 8.9.97 ore 10,00
Orale: 26.9.97 ore 10,00