ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| INTRODUZIONE ALLA FISICA SUBNUCLEARE | FIS/01 | LEZIONI | 48 |
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L’obiettivo del corso è introdurre i principali concetti della fisica subnucleare, attraverso lo studio delle tecniche sperimentali e la descrizione delle più importanti misure effettuate sia alle macchine acceleratrici che sulla radiazione cosmica. Verranno anche mostrate e discusse le linee di ricerca attuali e future.
Le conoscenze apprese verranno verificate tramite un colloquio orale basato sul commento critico di un articolo scientifico tra quelli che verranno messi a disposizione dal docente (o su proposta dello studente).
Lo studente acquisirà gli strumenti per comprendere le problematiche della moderna fisica delle particelle attraverso lo studio delle misure passate e dei concetti fondamentali della disciplina.
Durante il colloquio orale si cercherà di comprendere quanto lo studente riesca a impiegare le nozioni apprese attraverso l’analisi di una misura importante per la fisica subnucleare. Durante l’anno verranno proposti semplici esercizi o quesiti per permettere agli studenti un’autovalutazione dei concetti appresi.
E' consigliato (ma non obbligatorio) avere sostenuto (o almeno studiato): Fisica 2, Fisica 3, Laboratorio 2, Meccanica Quantistica.
CONCETTI FONDAMENTALI DELLA FISICA SUBNUCLEARE
Unità di misura naturali; richiami di meccanica relativistica; processi di scattering e variabili di Mandelstam; sezione d’urto e processi di scattering; larghezza di decadimento; probabilità di transizione nell’unità di tempo; concetto di particella elementare; l’antimateria. Scoperta delle particelle più importanti.
RIVELATORI DI PARTICELLE
Interazione delle particelle cariche e neutre con la materia; efficienza e risoluzione; principi di funzionamento dei principali rivelatori; misure di impulso e velocità; misure di energia; misure di tempo; identificazione del tipo di particella. Interazione tra i rivelatori in esperimenti complessi. Raccolta e selezione dei dati in sistemi di rivelazione di particelle.
NOZIONI DI FISICA DEGLI ACCELERATORI
Principi di fisica degli acceleratori: energia e luminosità; Acceleratori elettrostatici; Acceleratori lineari; dal Ciclotrone al Sincrotrone; confronto tra i principali acceleratori; elementi di ottica del fascio.
INTRODUZIONE AL MODELLO STANDARD
Il modello statico dei quarks; caratteristiche generali delle interazioni fondamentali; l’interazione elettromagnetica, l’interazione forte, interazione debole; le simmetrie discrete; il numero leptonico e barionico. La rottura spontanea della simmetria e il meccanismo di Higgs.
PRINCIPALI ESPERIMENTI E MISURE
Esempi di esperimenti e misure fondamentali per la fisica delle particelle (gli esperimenti trattati cambiano ogni anno, in base all'interesse degli studenti e al tempo a disposizione): la scoperta delle correnti neutre; la scoperta del W e della Z; la violazione di CP nei K e nei B e le flavour factories; la scoperta del quark top; la scoperta del bosone di Higgs; l’oscillazione dei neutrini; la rivelazione delle onde gravitazionali.
ESERCITAZIONI PRATICHE IN AULA
Il software di analisi ROOT: misure di fisica su dati reali; L’importanza delle simulazioni negli esperimenti di fisica delle alte energie: scrittura di un software Montecarlo; Osservazione di raggi cosmici utilizzando scintillatori plastici.
PROBLEMI APERTI DELLA FISICA DELLE PARTICELLE
La materia oscura e l’energia oscura; WIMP e WISP; Il bosone di Higgs e la fisica oltre il modello standard; Il momento magnetico anomalo del muone; l’asimmetria tra materia e antimateria; la connessione tra l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande; gli acceleratori del futuro: da FCC al muon collider; il futuro delle onde gravitazionali e l’astrofisica multimessenger.
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Esame Orale: partendo dal commento di un articolo scientifico si discuterà dei vari temi trattati durante il corso.
