FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
(Prof. Sergio Rosati)
Relativita' ristretta.
Principio di relativita' galileiana. Sincronizzazione degli orologi. Principio di relativita' einsteniana. Costanza della velocita' della luce per i sistemi di riferimento inerziali. Esperimento di Fizeau. Esperimento di Michelson e Morley. Trasformazioni di Lorentz (caso di velocita' parallela agli assi x e x´). Contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi. Tensore metrico gmn; covarianza e controvarianza. Generica trasformazione di Lorentz: x'm =Lmnxn. Quadrivettori. Quadrivettore velocita', energia-impulso e forza. Quadritensori. emnsr Equazioni di Maxwell. Potenziali elettromagnetici. Potenziali ritardati. Potenziali di Lienard e Wiechert per una carica puntiforme. Applicazione al campo da una carica puntiforme in moto rettilineo uniforme. Potenziali vettori di Hertz. Tensore elettromagnetico. Trasformazioni per E. e B. Le equazioni e invarianti di Lorentz in termini di Fab
Effetto Doppler e aberrazione stellare.
Introduzione alla fisica nucleare. L'otomo nucleare di Rutheford. _rotoni e neutroni come costituenti. Sezione d'urto totale e differenziale. Processi; scattering elastico e anelastico, cattura radiativa, reazione,...Misure di sezione d'urto. Sistema del LAB e CM; relazioni tra le relative sezioni d'irto. Scattering elettrone-nucleo. Cenni sugli atomi m-mesici; shift isotopico. Sezione d'urto di Mott; Fattore di forma F(q). Fit di Fexp(q): distribuzione di carica di Fermi. Dipendenza di c e ao da A ; determinazione di ro .Valutazione di . Atomi m-mesici. Determinazione delle masse nucleari; B/A sperimentale. Spettrografo di massa; doppietti. Formula semiempirica di massa; modello a goccia. Determinazione dei parametri della formula di massa. I vari contributi al variare di A e Z. Spin degli stati fondamentali dei nuclei. Decadimenti a, b, g,. Legge di decadimento e vita media. Catena di decadimenti. Decadimento a: vita media e energia della particella; effetto tunnel (per barriera di potenziale unidimensionale); interpretazione teorica della dipendenza della vita media dall'energia. Regole di selezione. Cenni sull'interazione rediazione-materia. Il deutone; energia di legame. Relativa equazione di Schroedinger e soluzione per buca rettangolare. Raggio del deutone; spin e parita'. Caso I=O; momento magnetico. Operatori di multiplo elettrico. Quadruplo elettrico del deutone. Mescolanza di stati con I=O e 2 nella f. di o . del deutone. Scattering elastico tra due particelle (nucleoni); importanza deli vari argomenti angolari. Sviluppo dell'onda piana in onde parziali, Diffusione in onda I=O; sfasamento So e sezione d'urto. Lunghezza di diffusione e significato del segno. Teoria del raggio efficace. Stati di spin O e 1 per la coppia NN; Corrispondenti valori di a e ro. Generalita' sul modello a shell. Decadimento beta e cattura K; esistenza del neutrino e antineutrino. Cenni sulla teoria di Fermi del decadimento beta; transizioni permesse e spettro degli elettroni. Transizioni proibite; fattore F(Z',Te).
Curve di Fermi. Vita media per decadimenti beta ; costanti g e G per l'interazione debole. Operazione di parita'; il problema "w" e "t"; ipotesi dei doppietti o della conservazione di parita' di Lee e Yang. Parita' intrinsica. Verifica sperimentale della non conservazione della parita' nel decadimento beta. Decadimento g, regole di selezione e multipli; vite medie per il processo. Invarianza dell'interazione forte rispetto alla carica. Isospin dei nucleoni; le matrici s e t. Operatori di proiezione (spin e isospin), di carica, di massa. Invarianza per rotazioni nello spazio dell'isospin. Dipendenza del potenziale NN da r,s,t.
Fissione nucleare. Reazioni da neutroni e elementi transuranici. Fissione termica e veloce. Prodotti di fissione e asimetria nella distribuzione di massa. Energia liberata e numero medio di neutroni emessi. Neutroni ritardati: cenni sul loro ruolo nel controllo di un reattore. Formula di massa applicata alla fissione. Distribuzione in energia dei neutroni termici; approssimazione a pacchetto monoenergetico. Scattering e assorbimento di neutroni. Leggi di Fick. Equazione di diffusione per neutroni termici. Lunghezza di diffusione termica . Reattore omogeneo. Espressione per K-infinito; probabilita' di non fuga termica e veloce e corrispondente Keff. Termine di sorgente nell'equazione dei neutroni termici. Buckling geometrico. Calcolo del fattore di non fuga termico.
Rallentamento dei neutroni veloci; espressione per If. Trattazione con piu' gruppi di neutroni ; equazione di criticita'.
Fusione nucleare. Reazioni di fusione nelle stelle: il ciclo dell'idrogeno. Reazioni coinvolgenti deuterio e trizio. Ruolo del litio. Potenza di bremstrahlung ed energia liberata nella fusione. Temperatura di innesco. Criterio di Lawson. Cenni sul confinamento inerziale. Situazione attuale nella ricerca sulla fusione. Nucleosintesi e cenni sull'evoluzione stellare.
Introduzione alla fisica delle particelle. I pioni, tripletto di isospin. Leptoni, mesoni, barioni. Produzione di pioni; massa e tipi di decadimento. Spin e parita' dei pioni. Reazioni da pioni su nucleoni; risonanze. Spin e parita' della D. Potenziale di Yukawa. particelle strane e produzione associata. La stranezza per le nuove particelle. Gli ipernuclei. Campi di interazione e quanti associati (forte, debole, elettromagnetica e gravitazionele). Simmetrie e leggi di conservazione. Numero leptonico e barionico. Relazione di Gell-Mann-Nishijima. Il modello a quark: u,d,s,c,b,t. Quark colorati.
Programmazione Fortran. Principali istruzioni e regole utili per la preparazione di un programma. Cenni su Unix. Alcuni programmi Fortran di interesse per il corso.