PRESENTAZIONE

Il corso di Fisica nucleare, delle particelle e astrofisica 1 si tiene al secondo semestre del terzo anno della Laurea Triennale in Fisica. Esso mira a fornire una introduzione alla fisica dei nuclei e delle particelle elementari e alle tematiche astrofisiche e cosmologiche connesse. Particolare attenzione viene posta allo sviluppo storico di queste discipline, a loro applicazioni e agli apparati sperimentali.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso fornisce le nozioni base della fisica dei nuclei e delle particelle con particolare attenzione alla definizione delle osservabili più importanti, alla metodologia della loro misura e agli esperimenti più significativi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso mira a fornire alcuni semplici concetti introduttivi della fisica dei costituenti della materia. Vengono analizzati i nuclei atomici e le particelle subnucleari, e tramite lo studio delle loro proprietà, si delineano alcune caratteristiche delle interazioni nucleari forte e debole che gli studenti approfondiranno in corsi dedicati, oltre che dell'interazione elettromagnetica e gravitazionale con cui gli studenti hanno acquisito familiarità nei corsi di fisica generale. Si introducono concetti di astrofisica e cosmologia connessi con la fisica nucleare e delle particelle, in particolare astrofisica stellare e galattica, nucleosintesi primordiale, raggi cosmici.  Si forniscono inoltre nozioni sugli strumenti sperimentali per lo studio dei nuclei, delle particelle subnucleari e delle osservabili astrofisiche.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito una conoscenza di base della fisica dei nuclei, delle particelle e dell'astrofisica che serve da supporto per coloro che intendono approfondire queste discipline in corsi dedicati  e che comunque fornisce una formazione introduttiva anche per coloro che si dedicheranno ad altre discipline. Lo studente sarà in grado di effettuare semplici calcoli di fenomeni e reazioni nucleari e subnucleari, in particolare nel caso di applicazioni comuni quali la radiodatazione, la dosimetria delle radiazioni e la produzione di energia, di determinare caratteristiche salienti di alcuni apparati sperimentali a seconda di diverse necessità e di valutare gli elementi principali di alcuni fenomeni astrofisici e cosmologici.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali con esercitazioni. Copia delle slide utilizzate durante le lezioni viene fornita agli studenti tramite Aulaweb. Vengono altresì fornite dispense e raccolte di esercizi.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il nucleo atomico. La scoperta del nucleo atomico, misura del raggio e della densità di carica, sistematica delle masse e energie di legame, momenti magnetici, elettrici e classificazione delle transizioni elettromagnetiche nei nuclei. Spin isotopico. Stabilità e instabilità nucleare, leggi del decadimento radioattivo. Decadimento alfa, decadimento beta. Sezioni d'urto. Reazioni nucleari; fissione e fusione. Modelli nucleari: modello a goccia, a gas di Fermi, modello a shell. Dosimetria e datazioni (cenni).

Interazione particelle materia. Particelle cariche: perdita di energia per ionizzazione e radiazione. Fotoni: effetto fotoelettrico, Compton, produzione di coppie. Interazione neutroni materia. Introduzione ai rivelatori e agli acceleratori di particelle

Astrofisica. Definizioni, strumenti e osservabili. Modello del Big Bang. Modello della stella, bilancio energetico, fasi di evoluzione stellare. Reazioni di fusione termica, catena protone-protone. Produzione di neutrini. Galassie. Sistemi planetari

Particelle elementari. Raggi cosmici e prime scoperte di particelle subnucleari: positrone, muone, pione e kaone. Leptoni, adroni, risonanze, mesoni, barioni. Parità e sua violazione, i numeri leptonici, oscillazioni di sapore dei neutrini. I costituenti elementari della materia nel Modello Standard; i problemi aperti (cenni)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Povh, Rith, Scholtz e Zetsche: Particelle e nuclei - Boringhieri 2002

Mukhin: Experimental Nuclear Physics vol 1 e 2 - Mir Publishers Moscow

C.E.Rolfs, W.S.Rodney: Cauldrons in the Cosmos - Univ. Chicago Press.

D. Perkins: Introduction to High Energy Physics.

D. Griffiths: Introduction to Elementary Particles - Wiley VCH

W.S.C. Williams: Nuclear and Particle Physics

I. Lombardo Problemi di fisica nucleare e subnucleare - CEA

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

MAURO GINO TAIUTI (Presidente)

FABRIZIO FERRO

PAOLO PRATI

ENRICO ROBUTTI

MATTEO SANGUINETI

SILVANO TOSI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 15 febbraio 2022

Orari delle lezioni

FISICA NUCLEARE E DELLE PARTICELLE 1

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame comporta una parte scritta e una parte orale.
L'esame orale viene sempre condotto dal docente responsabile e da un altro esperto della materia (di solito un docente di ruolo) ed ha una durata che varia tra circa 20 e circa 40 minuti. E’ articolato su un numero prefissato di domande che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia ecc. La prova scritta è in genere organizzata su più domande/ problemi sul programma di esame con difficoltà graduate che permetta al docente di effettuare nientemeno che un accertamento del grado di raggiungimento degli obiettivi formativi. Con tali modalità, la commissione è in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi obiettivi non siano stati raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare. Nel caso dell'esame scritto, i membri della commissione di esame stabiliscono i criteri per attribuire punteggi parziali alle varie risposte, graduando i punteggi secondo la difficoltà dei problemi. In base a tali criteri è precipuamente possibile associare in modo preciso il punteggio totale acquisito al raggiungimento dei risultati di apprendimento. Il voto conclusivo si ottiene dalla media ponderata di scritto e orale. La Commissione decide preventivamente e uniformemente per tutte le sessioni di esame, quale peso relativo dare alle due prove.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Al fine di aiutare gli studenti a valutare il livello di apprendimento raggiunto, vengono organizzate delle esercitazioni guidate senza valutazione, durante le quali sono proposti esercizi e problemi della tipologia d'esame.

Per quanto riguarda le modalità di svolgimento dell'esame, si veda il campo corrispondente.

Calendario appelli