PRESENTAZIONE

L'obiettivo del corso è quello di introdurre lo studente alla fisica dei processi relativistici e alle teorie di campo che descrivono le interazioni fondamentali. Verranno rivedute le necessarie nozioni di teoria dei campi che porteranno dapprima allo studio dell'Elettrodinamica Quantistica per passare poi alle teorie di gauge non abeliane, al Modello Standard delle Interazioni Elettrodeboli e alla cromodinamica quantistica. Nell'ultima parte del corso si presentera' una panoramica delle direzioni di ricerca attuali in questo campo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

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

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 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

Se possibile, compatibilmente con le misure imposte dal contenimento della pandemia Covid-19, faro' lezioni frontali alla lavagna, eventualmente supportate da lezioni telematiche trasmesse in streaming su Teams o con altra modalita' comunicata prima dell'inizio del corso.

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, 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 e modelli di seesaw. Panoramica sulla 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

GIOVANNI RIDOLFI (Presidente)

RICCARDO TORRE

SIMONE MARZANI (Presidente Supplente)

LEZIONI

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 questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame prevede 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.