(Prof. V. Cavasinni) A.A. 2002-2003
Introduzione
Fisica atomica, nucleare e subnucleare. Introduzione al concetto di leptoni, adroni, quark. Esperimento di Rutherford come prototipo del metododi indagine sulla struttura della materia. Unita' di misura naturali. Collisioni,sezioni d' urto, luminosita' e rate di interazione. I mesoni epigreco. La teoria di Yukawa. Costanti di accoppiamento:i vari tipi di interazione e relativi valori delle sezioni d'urto . Esempiodi sezioni d' urto adroniche . Vita media di una particella, rate di decadimento,distribuzione Breit-Wigner.
Apparati sperimentali nella fisica delle particelle
.Descrizione delle caratteristiche generali di un esperimento di fisicadelle alte energie. Misure in campo magnetico e risoluzione in impulso.Caratteristiche dei calorimetri elettromagnetici. Calorimetri adronici.Perdita di energia per ionizzazione e sue fluttuazioni: formula di Bhete-Bloch,formula di Landau. Rivelatori di tracce a gas, a semiconduttore . Misura dei muoni, scattering multiplo e suoi effetti sulla risoluzione in impulso .Rivelatori Cerenkov e a e radiazione di transizione.
Simmetrie e leggi di conservazione
Isospin forte e sue applicazioni. Parita' intrinseca e parita' relativa.Determinazioni sperimentali. Conservazione della parita': verifiche sperimentali.Coniugazione di carica nei sistemi particella antiparticella, il positronio.Inversione temporale: bilancio dettagliato, dipolo elettrico del neutrone,limiti sperimentali..Teorema CPT .
Modello a quark statico e SU(3)
Modello a quark statico: singoletti, ottetti e decupletti. CP deglistati
quark-antiquark, simmetria SU(3). Le matrici di GellMan.
Rappresentazionifondamentali 3 e 3bar. Il quarkonio e i suoi stati. Massa
delle particellee spin dei quark: esempi con mesoni e barioni.
Interazioni elettromagnetiche
Richiami sulle equazioni di Dirac. Spinoridi Dirac. Regole di Feynman per i diagrammi QED. I principali processi QED a ordine albero . Il processo e+e- -> +-. Regola d' oro per lo scattering. Sezionid' urto Moeller, Bhabha, annichilazione in due fotoni con l'uso degli invarianti,s,t, u. Cenni su polarizzazione del vuoto e running coupling constant.
La struttura degli adroni e il modello a quark-partoni
Scattering Mott e struttura interna del protone. Formula di Rosenbluthe fattori di forma elettrico e magnetico del protone. Risultati sperimentali.Scattering inelastico elettrone-protone e funzioni di struttura Wl W2.Confronto tra previsioni teoriche e risultati sperimentali. Evidenza dinamicadei costituenti degli adroni. Scaling di Bjorken e relazione di Callan-Gross.Il modello a partoni..Funzioni di distribuzione dei costituenti. Regole di somma e necessita'dei gluoni e delle coppie quark-antiquark virtuali. Quark di valenza edi mare. Il rapporto R e la carica dei quark. L'annichilazione qqbar ->1+1-,processo Drell-Yan e fenomeno dello scaling. Risultati sperimentali.
Interazioni deboli
Evidenza sperimentale delle interazioni deboli; i doppietti leptonici.La stranezza S e le interazioni deboli degli adroni DS=O,l. Teoria di Fermidel decadimento beta. Plot di Kurie. Neutrini sinistrorsi,proiettori dielicit.Determinazione sperimentale dell'elicit del neutrino:esperimentocon il Sm. Regole di Feynman per le ampiezze deboli cariche. Il decadimento inverso del: sezione d'urto totale e differenziale. Relazione tra gW e la costante di Fermi GF.Teoria di Cabibbo sulle correnti deboli adroniche. .Meccanismo GIM e necessita' di un quarto quark. Calcolo del decadimentodel mesone pigreco e soppressione per elicita'. Matrice di Cabibbo,Kobayashi, Maskawa. Scattering inelastico di neutrino e scaling di Bjorken. Regole di somma per le funzioni di struttura F2, F3 di neutrino. Correntideboli neutre e angolo di Weinberg.
Le interazioni forti
Le interazioni forti: interazioni "soft" e "hard". I primi dati ISR sulla produzione a grande pT. Partoni e quark, il colore e le sue giustificazionisperimentali. Adroni come singoletti di colore. La simmetria SU(3) di colore e elementi di QCD. Descrizione qualitativa della liberta' asintotica. Esempidi algebra del colore: coefficienti di colore nel caso di ottetto e singoletto.Le sezioni d'urto elementari QCD ordine aS., Misura di distribuzione inclusiva dei jet e paragone con lepredizioni QCD. Cinematica dell'interazione partone-partone e distribuzioni angolari: spin del gluone. Regole di Feynman di QCD e fattori di colore per i vari accoppiamenti. Paragone con i risultati sperimentali.
Libri consigliati per consultazione:
D. Perkins, "Introduction to High energy Physics" (Addison Wesley
Pub);
W.S.C. Williams, "Nuclear and Particle Physiscs" (Oxford Science
Pub);
D. Griffiths, "Introduction to elementary particles" (Harper &Row
Pub);
I.J.R. Aitchinson, "Gauge theory in particle physics" (Adam
HilgerPub);
T. Ferbel, "Experimental
techniques in High Energy Physics" (WorldScientific).