ECTS - University of Pisa
Il corso si propone di arrivare a illustrare il Modello Standard delle particelle elementari, attraverso lo studio fenomenologico e sperimentale delle loro interazioni elettromagnetiche, deboli, forti, e di offrire una panoramica generale delle conoscenze e delle problematiche nel campo.
Partendo dall'analisi dei processi fondamentali, viene discussa la fenomenologia e la sua evoluzione, e saranno affrontate in dettaglio le previsioni per alcuni processi.
Viene discusso il percorso che ha portato all'unificazione elettrodebole, la predizione e la scoperta dei bosoni vettori intermedi W e Z e il bosone di Higgs. Si affronta la fenomenologia della fisica del sapore e dei neutrini e le relative conseguenze. Vengono affrontate le basi della teoria della Cromodinamica Quantistica e le sue verifiche sperimentali.
Nella parte finale del corso vengono discusse le problematiche aperte e la ricerca di Nuova Fisica, e introdotte alcune possibili estensioni del Modello Standard.
Alla fine del corso lo studente avra' una precisa conoscenza di base della fisica delle interazioni fondamentali, delle problematiche sperimentali e delle sue prospettive future.
Le lezioni potranno svolgersi in italiano in caso di richiesta unanime degli studenti.
The course aims at reaching a description of the Standard Model of elementary particles through the phenomenologyof their electro-magnetic, weak and strong interactions, and at offering a broad introduction to the status and open issues in the field.
Starting from the analysis of fundamental processes, their phenomenology and its evolution are discussed, and some specific predictions are evaluated in detail.
The process leading to the establishment of electro-weak unification is discussed, including the prediction and discovery of the intermediate vector bosons W and Z and the Higgs boson.
The phenomenology of flavour and neutrino physics is discussed together with its consequences.
The basis of Quantum Chromodynamics (QCD) and its experimental verifications are also addressed.
The final part of the course deals with open problems and the search for New Physics, introducing some possible extensions of the Standard Model.
At the end of the course the student should have a rather solid understanding of the physics of fundamental interactions, its experimental issues future perspectives.
The course lectures can be given in Italian if the students so require.
Durante la discussione in aula e in sede d’esame orale sarà verificata la conoscenza della materia. Lo studente dovrà dimostrare le sue conoscenze attraverso un linguaggio appropriato, maturando uno sguardo critico sui temi trattati durante il corso. A tal fine la partecipazione in aula sarà valutata positivamente.
During debates in the classroom and during the oral exam, the student’s knowledge of the subject will be verified. The student will have to demonstrate her/his knowledge using appropriate language, having gained a critical understanding of the topics covered during the course. To this end, participation in the classroom will be positively evaluated.
Alla fine del corso lo studente sarà in grado di riconoscere e interpretare i principali fenomeni e problemi della fisica delle particelle elementari, avendo acquisito gli strumenti concettuali, teorici e metodologici che permettono di comprendere le modalità con cui si ottiene informazione sperimentale su un determinato aspetto.
At the end of the course, the student will be able to recognize and understand the most important phenomena and problems of particle physics, having acquired conceptual, theoretical and methodological tools allowing to understand the ways in which experimental information is obtained on the different issues.
La verifica delle capacità acquisite saranno ottenute mediante la discussione sugli argomenti presentati, e anche tramite l'elaborazione in autonomia da parte dello studente, della soluzione di un problema quantitativo relativo al calcolo di una quantità misurabile a partire da principi primi.
The assesment of the acquired skills will be based on the discussion on the different topics addressed, and also through the elaboration, by the student in full autonomy, of the solution of a quantitative problem related to the evaluation of a measurable quantity starting from first principles.
Lo studente maturerà la capacità critica di affrontare un problema relativo alla misura di una quantità fisica relativa alla fisica delle particelle elementari, a seguito dell'illustrazione degli approcci utilizzati in un vasto campo di problematiche differenti.
The student will acquire the ability to critically handle a problem related to the measurement of a physical quantity in particle physics, following exposure to the adopted approaches in a wide array of different issues.
La verifica dell'acquisizione di comportamenti adeguati sarà ottenuta anche valutando la capacità da parte dello studente di elaborare soluzioni originali nell'essere posto di fronte ad un problema qualitativo di misura.
The assessmentof the acquired behaviour will be obtained also through the evaluation of his/her ability in providing original solutions when confronted with a new quantitative problem.
Cinematica relativistica, fondamenti di teoria dei gruppi, elementi di fisica teorica quantistica relativistica, equazione di Dirac, caratteristiche generali delle particelle elementari. Elementi di interazione tra radiazione e materia, conoscenza dei principali rivelatori di particelle utilizzati nella fisica delle alte energie.
Elements of relativistic kinematics, basics of group theory, relativistic quantum theory, the Dirac equation, general properties of elementary particles. Basic concepts of particle interactions with matter and knowledge of the main particle detectors used in high energy physics.
- Introduzione: interazioni fondamentali e loro simmetrie.
- Richiami sulla descrizione teorica delle interazioni, gruppi continui, rinormalizzazione.
- Fenomenologia e teoria delle interazioni elettromagnetiche: i principali processi in elettrodinamica quantistica e la valutazione esplicita delle predizioni per sezioni d'urto e distribuzioni angolari.
- Fenomenologia delle interazioni forti: isospin, struttura dei nucleoni, deep inelastic scattering, funzioni di struttura, gluoni, scaling, evoluzione della costante di accoppiamento, confinamento dei quark, processo Drell-Yan, limiti asintotici sulle sezioni d'urto
- Fenomenologia delle interazioni deboli: richiami sulla struttura V-A, flavour, meccanismo di GIM, matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa, violazione di CP nei mesoni carichi e neutri, momenti di dipolo elettrico
- Introduzione alla fisica dei neutrini: flavour, interazioni, masse, scattering, oscillazione, neutrini di Majorana
- Il Modello Standard: teorie di gauge, campi di Yang-Mills, unificazione elettrodebole, bosoni vettori, rottura spontanea di simmetria, meccanismo di Higgs, angolo di Weinberg, test del modello, decadimenti di W e Z, jets, fisica del top, fisica dell'Higgs
- Cromodinamica quantistica: PCAC, QCD e fattori di colore, rottura di simmetria chirale, violazione di CP forte e assioni
- Problemi aperti nella fisica fondamentale e limiti del Modello Standard: decadimento del protone, monopoli magnetici, dark matter
- Cenni a teorie ed esperimenti oltre il modello standard: GUT, SUSY
- Introduction: fundamental interactions and their symmetries.
- Theoretical description of interactions, groups, renormalization.
- Phenomenology and theory of electro-magnetic interactions: fundamental problems in quantum electro-dynamics, with explicit evaluation of cross section and angular distribution predictions for selected processes.
- Phenomenology of strong interactions: isospin, nucleon structure, deep inelastic scattering, structure functions, gluons, scaling, running of the coupling constant, quark confinement, Drell-Yan process, asymptotic limits on cross sections
- Phenomenology of weak interactions: recap of the V-A structure, flavour, GIM mechanism, Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix, CP violation in charged and neutral mesons, electric dipole moments
- Introduction to neutrino physics: flavour, interactions, masses, scattering, oscillations, Majorana neutrinos
- The Standard Model: gauge theories, Yang-Mills fields, electro-weak unification, vector bosons. spontaneous symmetry breaking, Higgs mechanism, Weinberg angle, tests of the model, decays of W and Z, jets, top physics, Higgs physics
- Theory of strong interactions: PCAC, QCD and color factors, chiral symmetry breaking, strong CP violation and axions
- Open issues in fundamental physics and limits of the Standard Model: proton decay, magnetic monopoles, dark matter,
- Introduction to theories and experiment beyond the Standard Model: GUT, SUSY
Griffiths - Introduction to elementary particles - Wiley 2008
Thomson - Modern Particle Physics - Cambridge University Press 2013
Barr et al. - Particle physics in the LHC era - Oxford University Press 2016
Altra bibliografia verrà indicata a lezione
Griffiths - Introduction to elementary particles - Wiley 2008
Thomson - Modern Particle Physics - Cambridge University Press 2013
Barr et al. - Particle physics in the LHC era - Oxford University Press 2016
Further bibliography will be mentioned in class.
Esame orale sui contenuti del corso.
Oral exam on the course contents
