ECTS - University of Pisa
=> Per raggiungere questi obiettivi e' necessario:
Nello svolgimento del corso le capacità sono verificate dal docente tramite domande, discussioni e verifica delle risoluzioni degli esercizi svolti nelle esercitazioni: tali verifiche non sono oggetto di valutazione del singolo studente e non hanno impatto sul voto finale, assegnato solo in base alle prove finali.
In sede di esame finale (solo prova orale ) si potrà chiedere allo studente di:
E' richiesta (ma non indispensabile) una partecipazione il più possibile attiva degli studenti durante le lezioni ed in particolare di :
Interazione del docente con la classe, tramite domande, discussioni e verifica delle risoluzioni degli esercizi svolti durante le esercitazioni. Tali verifiche non sono oggetto di valutazione e non hanno impatto sul giudizio finale del singolo studente.
Meccanica non relativistica (dal corso di "Fisica 1")
Elementi di relativita' ristretta (dal corso di "Meccanica classica").
Elettromagnetismo classico (dal corso di "Fisica 2").
Conversione delle formule e dei valori numerici delle grandezze fisiche da unità di misura MKSA a CGS e “naturali”.
Non relativistic mechanics.
Special relativity.
Elettromagnetism.
Indagine di sistemi di dimensione sub-atomica tramite urti o decadimenti
Sezione d’urto per fenomeni ondulatori: sezione d’urto totale, differenziale, inclusiva, esclusiva. Esempi: sezioni d'urto di onde elettromagnetiche su cariche elettriche, circuiti elettrici, antenne. Reazione di radiazione. Larghezza di riga, La diffusione risonante: larghezza elastica e inelastica, larghezza totale e relazione con la vita media del sistema.
Sezione d’urto per fenomeni corpuscolari. Esempi di reazioni elastiche ed anelastiche di particelle. Dati sperimentali delle sezioni d'urto protone-protone, elettrone-positrone e neutrino-nucleone in funzione dell'energia. Il numerio barionico ed i numeri leptonici.
Lo scattering Rutherford: la deduzione di una nuova forza "forte" e la misura sperimentale dei raggi nucleari. Misura delle masse dei nuclei: l'energia di legame dei nuclei ed eccesso di massa. Il modello a goccia e la formula semi-empirica di massa.
Decadimenti spontanei: vita media e larghezza di decadimento. Esempi: decadimenti alfa, beta, gamma dei nuclei: generalita', cinematica; il neutrino e l'antineutrino; caso particolare del decadimento del neutrone. Esperimento di Pound e Rebka.
Energia di soglia di una reazione, funzioni di distribuzione nello stato finale di una reazione e loro trasformazioni relativistiche. Esempi: decadimenti del pione neutro e carico, produzione di fasci di neutrini. Decadimenti a tre corpi ed il Dalitz plot; esempio: il decadimento del muone. Metodi della massa invariante e della massa mancante per la identificazione di particelle.
Formulazione covariante dell'elettromagnetismo e gli acceleratori di particelle cariche.
Le equazioni fondamentali, invarianza di gauge, invarianti del campo elettromagnetico, tensore energia-impulso del campo elettromagnetico. Potenziali di Lienard-Wiechert e derivazione del campo elettromagnetico generato da una carica in moto relativistico. Potenza emessa da una carica accelerata, distribuzione angolare e formula di Larmor.
Gli acceleratori di particelle: elettrostatici, il betatrone, il ciclotrone ed il sincrociclotrone. Radiazione in acceleratori circolari e lineari, radiazione di sincrotrone.
Interazione di particelle cariche o fotoni con la materia stabile
Interazione dei fotoni con la materia: scattering Thomson e Rayleigh, effetti fotoelettrico e Compton, produzione di coppie elettrone-positrone. Fattori di forma. Esempi: la diffrazione ed il fattore di forma elettromagnetico dei nuclei.
Scattering multiplo coulombiano.
Perdita di energia per collisioni, formula di Bethe-Bloch. Il percorso residuo.
Effetto Cerenkov: generalita' e spettro in frequenza dei fotoni emessi.
Radiazione di frenamento, perdita di energia per irraggiamento e lunghezza di radiazione.
Applicazione : particelle cariche di alta energia che attraversano materiali di tipo diverso.
Esempi: la scoperta del positrone, la scoperta dell’antiprotone.
Investigation of subatomic systems, decays and collisions.
Cross sections for waves. Total, differential, inclusive and exclusive cross sections. Examples for scattering of electromagnetic waves on electric charges, circuits, antennas. Radiative reaction force. Scattering and absorption of radiation by an oscilator; resonances, width and relationship with the lifetime.
Cross sections for particles. Examples: experimental data of proton-proton, electron-positron, neutrino-nucleon cross sections. Baryonic and Leptonic numbers and conservation laws.
Scattering Rutherford, discovery of strong interaction and experimental measurement of nuclear radii. Nuclear masses, nuclear binding energy and the nuclear drop model.
Decays, lefitimes and widths. Examples of nuclear alfa, beta, gamma decays; nutrinos and antineutrinos. Neutron decay. Pound e Rebka experiment. Reactions: energy thresholds, phase space. Examples: neutral and charged pion decays, production of neutrino beams. 3-body decays and the Dalitz plot, muon decay. Missing and invariant mass methods for short-lived particle identification.
Advanced electromagnetism
Covariant formulation of the electromagnetism: 4-vector potential, Maxwell's equations, gauge invariance, field-strenght tensor. Trasformation of electromagnetic fields. Strenght-energy-momentum tensor, invariant quantities under Lorentz transormations. Lienard-Wiechert potentials. Radiative power by accelerated charges, Larmor expressions.
Introduction to particle accelerators, radiation issues, synchrotron radiation.
Interaction of charged particles and photons with stable matter
Interaction of photons: Thomson and Rayleigh scatterings, photoelectric and Compton effects, electron-positron pair production off nuclei.
Interaction of charged particles: multiple scattering, energy loss by collisions, range, Cherenkov effect, bremmstrahlung and radiation lenght. Applications.
Form factors: examples of nuclear form factors.
Discussion of positron discovery. Class reading and comment of the paper of the antiproton discovery.
Materiale sul sito e-learning del dipartimento di Fisica
https://elearning.df.unipi.it/course/view.php?id=219
Testi di riferimento
Si consiglia di :
rispondere alle domande contenute nella "checkilist" reperibile nella pagina web del corso.
Solo prova orale; gli studenti che intendono sostenere l’esame devono iscriversi via web nel sito https://esami.unipi.it/esami/ . Attenzione non solo alla precedenza - sostanziale ed anche formale - di FISICA II, ma anche alla necessità di avere le competenze di relatività speciale studiate nel corso di 'Meccanica Classica'.
In sede di esame finale (solo prova orale ) si potrà chiedere allo studente di:
Oral examination
sul sito e-learning del dipartimento di Fisica
https://elearning.df.unipi.it/course/view.php?id=219
