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TEORIA DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI

CODICE 62422
ANNO ACCADEMICO 2019/2020
CFU 6 cfu al 2° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE FIS/02
LINGUA Italiano
SEDE GENOVA (FISICA)
PERIODO 1° Semestre
PROPEDEUTICITA
Propedeuticità in ingresso
Per sostenere l’esame di questo insegnamento è necessario aver sostenuto i seguenti esami:
  • FISICA 9012 (coorte 2018/2019)
  • FISICA NUCLEARE, DELLE PARTICELLE E ASTROFISICA 2 61847
  • FISICA TEORICA 61842
  • METODI MATEMATICI DELLA FISICA 2 61843
  • FISICA DELLA MATERIA 2 61844
MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

PRESENTAZIONE

L'obiettivo del corso è quello di introdurre lo studente alla fisica dei processi relativistici e in particolare al Modello Standard delle Interazioni Elettrodeboli. A tale scopo verranno innanzitutto fornite le necessarie nozioni di teoria dei campi che porteranno dapprima allo studio dell'Elettrodinamica Quantistica per passare poi alle teorie di gauge non abeliane e, appunto, al Modello Standard delle Interazioni Elettrodeboli.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Introduzione alla fisica dei processi relativistici e costruzione del modello standard delle interazioni elettrodeboli.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo studente imparerà come si costruisce in maniera formale il Modello Standard delle Interazioni Elettrodeboli e le sue conseguenze fenomenologiche. A tal fine gli verranno innanzitutto forniti gli strumenti necessari di teoria dei campi per apprendere dapprima le basi dell'Elettrodinamica Quantistica, indi delle teorie di Yang-Mills e infine della rottura spontanea della simmetria, onde approdare alla costruzione completa del Modello Standard. Dopodiché, grazie alle tecniche di calcolo acquisite, lo studente sarà in grado di calcolare diversi processi (ampiezze di decadimento e sezioni d'urto) al prim'ordine in teoria delle perturbazioni. Nelle ultime lezioni ci si soffermerà sul problema della massa dei neutrini e si analizzeranno varie possibilità di estendere il modello standard per includere tali masse. Infine si accennerà brevemente ai problemi di tale modello e alle direzioni in cui è possibile estenderlo per risolverli.

PREREQUISITI

I contenuti dei corsi obbligatori, in particolare del corso di fisica teorica.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali alla lavagna.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiami di teoria dei campi. Campi scalari: richiami, propagatore scalare. Richiami di teoria dello scattering, matrice S. Il metodo dei diagrammi di Feynman. Regole di Feynman per gli scalari. Ampiezze di decadimento e sezioni d'urto. Campi spinoriali: richiami, seconda quantizzazione, propagatore fermionico. Regole di Feynman per i fermioni. Elettrodinamica quantistica: gauge-fixing e quantizzazione del campo elettromagnetico, accoppiamento con la materia. Regole di Feynman per l'elettrodinamica quantistica. Calcoli di ampiezze e tracce di matrici gamma. Calcolo sezione d'urto per scattering Compton e e+e- in mu+mu-. Teorie di gauge non abeliane: proprietà, algebre di Lie, SU(2), SU(3), SU(N). La nascita del Modello Standard: SU(2), SU(2)xU(1). Il teorema di Goldstone. Il meccanismo di Brout-Englert-Higgs: caso abeliano e caso non abeliano. La Lagrangiana del Modello Standard: parte bosonica, parte fermionica con masse dei fermioni nulle, termini di Yukava. La Lagrangiana nella base degli autostati di massa e l'origine del mixing CKM. Calcolo dell'ampiezza di decadimento del muone, del bosone di Higgs della Z e dello scattering elettrone neutrino. Derivazione della Lagrangiana di Fermi. Simmetrie accidentali del modello standard. Masse dei neutrini. Cenni alla fisica oltre il modello standard.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Carlo M. Becchi and Giovanni Ridolfi, "An introduction to relativistic processes and the standard model of electroweak interactions", Springer

Michael E. Peskin and Daniel. V. Schroeder, "An introduction to Quantum Field Theory", Perseus book

F. Mandl and G. Shaw, "Quantum field theory", John Wiley and sons

Ta-Pei Cheng and Ling-Fong Li, "Gauge Theory of Elementary Particle Physics", Oxford Science Publications

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

CARLA BIGGIO (Presidente)

GIOVANNI RIDOLFI (Presidente)

SIMONE MARZANI

MARCO PALLAVICINI

ALESSANDRO PETROLINI

LEZIONI

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali alla lavagna.

INIZIO LEZIONI

Il corso si tiene nel primo semestre del secondo anno della laurea magistrale.

Le lezioni iniziano solitamente a fine settembre.

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame prevede una prova scritta e una prova orale.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Nella prova scritta si vuole accertare che lo studente abbia acquisito le tecniche di calcolo proprie della teoria dei campi e che sappia quindi calcolare semplici sezioni d'urto o ampiezze di decadimento in processi del modello standard delle interazioni elettrodeboli, al primo ordine in teoria delle perturbazioni. Nella prova orale si verifica che lo studente abbia appreso i concetti fondamentali insegnati nel corso quali, ad esempio, le teorie di gauge, la rottura spontanea della simmetria e in particolare le caratteristiche fondamentali del modello standard delle interazioni elettrodeboli.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
27/01/2020 09:00 GENOVA Scritto