Università degli Studi di Roma "Tor Vergata"

Gli ingredienti del Modello Standard: i leptoni, i quarks, i bosoni di gauge, il bosone di Higgs.
Le interazioni del Modello Standard: richiamo alla QED, il settore forte QCD, il settore elettrodebole SU(2)xU(1), richiamo al meccanismo di Higgs.
Processi di decadimento e scattering in teoria delle perturbazioni: la serie perturbativa di Dyson e I diagrammi di Feynman, gli integrali sullo spazio delle fasi.
La tecnica delle teorie effettive: caratteristiche generali delle teorie effettive, simmetrie e power-counting, la teoria effettiva dei quarks pesanti, la teoria effettiva della QCD a bassa energia, la teoria di Fermi delle interazioni deboli, teorie effettive per scoprire la fisica al di fuori del Modello Standard.
I leptoni carichi: decadimento del muone, determinazione della costante di Fermi.
Interazioni deboli delle particelle strane: decadimenti leptonici e semileptonici dei K carichi ed estrazione degli elementi di matrice CKM, la violazione di CP nei decadimenti e nelle oscillazioni dei mesoni K.
I quark pesanti: massa dei quark pesanti, violazione di CP nei decadimenti e oscillazioni dei mesoni B, cenni alla fenomenologia dei mesoni D.
Il bosone di Higgs: la massa del bosone di Higgs, la sua self-interazione e le costanti di accoppiamento con i quarks.

Dynamics of the Standard Model.
J.F. Donoghue, E.Golowich, B.R. Holstein
Cambridge Monographs

Gli ingredienti del Modello Standard: i leptoni, i quarks, i bosoni di gauge, il bosone di Higgs.
Le interazioni del Modello Standard: richiamo alla QED, il settore forte QCD, il settore elettrodebole SU(2)xU(1), richiamo al meccanismo di Higgs.
Processi di decadimento e scattering in teoria delle perturbazioni: la serie perturbativa di Dyson e I diagrammi di Feynman, gli integrali sullo spazio delle fasi.
La tecnica delle teorie effettive: caratteristiche generali delle teorie effettive, simmetrie e power-counting, la teoria effettiva dei quarks pesanti, la teoria effettiva della QCD a bassa energia, la teoria di Fermi delle interazioni deboli, teorie effettive per scoprire la fisica al di fuori del Modello Standard.
I leptoni carichi: decadimento del muone, determinazione della costante di Fermi.
Interazioni deboli delle particelle strane: decadimenti leptonici e semileptonici dei K carichi ed estrazione degli elementi di matrice CKM, la violazione di CP nei decadimenti e nelle oscillazioni dei mesoni K.
I quark pesanti: massa dei quark pesanti, violazione di CP nei decadimenti e oscillazioni dei mesoni B, cenni alla fenomenologia dei mesoni D.
Il bosone di Higgs: la massa del bosone di Higgs, la sua self-interazione e le costanti di accoppiamento con i quarks.

Dynamics of the Standard Model.
J.F. Donoghue, E.Golowich, B.R. Holstein
Cambridge Monographs

1. Il neutrone come particella elementare.
➢ Scoperta del neutrone
➢ Principali proprietà del neutrone.
2. Sorgenti di neutroni.
➢ Sorgenti da laboratorio, Reattori e Sorgenti a Spallazione
3. Strumentazione per scattering di neutroni
➢ Targhette, moderatori, componenti di beamlines
➢ Rivelatori per neutroni
o Reazioni nucleari dirette, nucleo composto, risonanze
o Sezioni d’urto neutroniche
o Metodi per la rivelazione di neutroni lenti
o Metodi per la rivelazione di neutroni veloci e spettroscopia
➢ Strumentazione geometria diretta
➢ Strumentazione geometria inversa
4. Scattering di neutroni
➢ Teoria dello scattering nucleari di neutroni lenti:: generalità. La sezione d’urto di scattering. L’approssimazione di Born e lo scattering da un singolo nucleo. Definizione di sezione d’urto totale, parziale e doppio differenziale
➢ Scattering elastico e diffrazione alla Bragg
➢ Scattering inelastico (coerente; ed incoerente)
➢ Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X.
➢ Sezione d’urto coerente ed incoerente.
➢ Fattore di struttura dinamico.
➢ Scattering da liquidi e amorfi. Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X.
➢ Scattering fortemente inelastico: Deep Inelastic Neutron Scattering (DINS)
5. Scattering di neutroni applicato allo studio della materia condensata e dei materiali
➢ Radiografia (imaging) e tomografia neutronica.
➢ Soft Error nei dispositivi elettronici causati dall’interazione con neutroni veloci
➢ Studio delle tensioni residue di bulk nei materiali di interesse storico artistico

Materiale supplementare verrà fornito dal docente: articoli e dispense

1. Il neutrone come particella elementare.
➢ Scoperta del neutrone
➢ Principali proprietà del neutrone.
2. Sorgenti di neutroni.
➢ Sorgenti da laboratorio, Reattori e Sorgenti a Spallazione
3. Strumentazione per scattering di neutroni
➢ Targhette, moderatori, componenti di beamlines
➢ Rivelatori per neutroni
o Reazioni nucleari dirette, nucleo composto, risonanze
o Sezioni d’urto neutroniche
o Metodi per la rivelazione di neutroni lenti
o Metodi per la rivelazione di neutroni veloci e spettroscopia
➢ Strumentazione geometria diretta
➢ Strumentazione geometria inversa
4. Scattering di neutroni
➢ Teoria dello scattering nucleari di neutroni lenti:: generalità. La sezione d’urto di scattering. L’approssimazione di Born e lo scattering da un singolo nucleo. Definizione di sezione d’urto totale, parziale e doppio differenziale
➢ Scattering elastico e diffrazione alla Bragg
➢ Scattering inelastico (coerente; ed incoerente)
➢ Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X.
➢ Sezione d’urto coerente ed incoerente.
➢ Fattore di struttura dinamico.
➢ Scattering da liquidi e amorfi. Spettroscopia di neutroni, elettroni ed X.
➢ Scattering fortemente inelastico: Deep Inelastic Neutron Scattering (DINS)
5. Scattering di neutroni applicato allo studio della materia condensata e dei materiali
➢ Radiografia (imaging) e tomografia neutronica.
➢ Soft Error nei dispositivi elettronici causati dall’interazione con neutroni veloci
➢ Studio delle tensioni residue di bulk nei materiali di interesse storico artistico

Materiale supplementare verrà fornito dal docente: articoli e dispense

Quantizzazione della superstringa. Spettro e funzioni di partizioni. Operatori di vertice e ampiezze di scattering. Teoria di D-brane. Compattificazioni e teorie effettive a basse energie. Dualita’ e Olografia.

M. Green, J. Schwarz, E. Witten
Superstring Theory
Cambridge Univarsity Press, 1988

Interazione radiazione-materia. Caratteristiche dei rivelatori di particelle e loro applicazioni ad esperimenti di fisica nuclare e subnucleare.
- Scintillatori, linearità e costante di Birks.
- Calorimetri elettromagnetici ed adronici. Risoluzione in energia e compensazione.
- Rivelatori a gas: camera ad ionizzazione, contatore proporzionale, camera a moltifilo, camera a deriva TPC, RPCs.
- Rivelatori a semiconduttore
- Identificazione delle particelle: rivelatori a luce Cerenkov ed immagine Rich.

Leo: Tecniques for nuclear and particle physics experiments

Interazione radiazione-materia. Caratteristiche dei rivelatori di particelle e loro applicazioni ad esperimenti di fisica nuclare e subnucleare.
- Scintillatori, linearità e costante di Birks.
- Calorimetri elettromagnetici ed adronici. Risoluzione in energia e compensazione.
- Rivelatori a gas: camera ad ionizzazione, contatore proporzionale, camera a moltifilo, camera a deriva TPC, RPCs.
- Rivelatori a semiconduttore
- Identificazione delle particelle: rivelatori a luce Cerenkov ed immagine Rich.

Leo: Tecniques for nuclear and particle physics experiments

Il Modello Standard delle interazioni elettrodeboli e il meccanismo di Higgs. La corrente debole carica e neutra. L’angolo di Weinberg e le masse dei bosoni W. e Z. Test del Modello Standard a LEP e Tevatron. Osservazione del quark top al Tevatron. Scoperta del bosone di Higgs ad LHC. Test del Modello Standard ad LHC. Ricerca di nuova fisica ad LHC. Prospettive ai futuri acceleratori: HL-LHC e Linear Collider.

Dispense del corso

Decadimento radioattivo; valle di stabilità dei nuclei; vita media; ampiezza di livello e probabilità di decadimento; tempo di dimezzamento e attività specifica; rapport di diramazione; decadimento radioattivo: attività del “figlio”; attività del figlio in casi speciali; equilibrio secolare. Produzione di sorgenti radioattive (radioattività indotta). Schemi di decadimento di sorgenti radioattive. Il decadimento alfa. Il raggio nucleare. Distribuzioni energetiche. Il decadimento beta. Distribuzione energetica dello spettro beta. Proprietà del neutrino. Teoria di Fermi. Forma dello spettro beta e plot di Curie. Regole di selezione del decadimento beta. Parità. La conservazione della parità nel decadimento beta e l’esperimento di Wu. L’emissione gamma. Transizioni single e
transizioni in cascata. Regole di selezione. Conversione interna. Isomerismo nucleare. La fission e la fusione. La teoria di Bohr e Wheeler per trattare il processo di fissione. Analogia meccanica della fissione. Potere caloric della fissione. La reazione a catena. La fusion nucleare. L’origine degli elementi. Il Big‐Bang standard. Nucleosintesi nell’Universo primordial e nelle stelle. Come nasce una stella. Evoluzione della stella. La fusion nelle stele e l’origine degli elementi. Le reazioni nucleari. Bilancio energetico: Q della reazione. La sezione d’urto. Misura di sezioni d’urto. Interazione radiazione-materia: le particelle cariche. Perdita di energia per ionizzazione. Densità massica e potere frenante massico. Perdita di energia per irraggiamento (Bremsstrahlung), Range. Straggling e straggling multiplo. Interazione dei fotoni con la materia. L’Effetto fotoelettrico. Diffusione Thomson e Compton. Produzione di coppie. Coefficiente di attenuazione lineare e massico. Cammino libero medio. Strato emivalente. Coefficienti di assorbimento. Interazione dei neutron con la materia: diffusione elastica; diffusione inelastica; cattura radiativa; reazioni con emissione di particelle cariche; reazioni con emission di neutroni; fissione. Attenuazione dei neutroni. Energia perduta dai neutroni nell’urto elastico. La radioattività naturale e le radiazioni naturali. Radionuclidi naturali primordiali. Altre sorgenti naturali: i raggi cosmici. Cenno all’origine dei raggi cosmici; composizione dei raggi cosmici; raggi cosmici secondari. Il 14C. Il Radon. Radioattività interna nell’uomo. Sorgenti radioattive artificiali. Elementi sui rivelatori di particelle. Risoluzione energetica. Funzione di risposta, risposta temporale, efficienza. Tempo morto. Breve descrizione del funzionamento di: emulsion fotografiche; camera a ionizzazione; contatore proporzionale; contatore di Geiger‐Muller; multi-wire Proportional Chamber; camera a drift; camera TPC; rivelatori a scintillazione organici e inorganici; il fotomolitiplicatore; contatore Cherenkov; rivelatori a semiconduttore; rivelatori a diffusione di Litio; rivelatori a microstrip di silicio. Criteri di scelta del rivelatore. Elementi di dosimetria delle radiazioni. Parti principali della cellula; cellule somatiche e cellule germinali. Effetto biologico delle radiazioni: effetto diretto ed effetto indiretto. Effetti su particolari organi. Elementi di dosimetria delle radiazioni. Attività, Attività specifica, Fluenza (o flusso) di radiazione, Intensità di fluenza (o intensità di flusso) di radiazione, Fluenza (o flusso) di energia, Intensità di fluenza (o intensità di flusso) di energia. Esposizione. L’intensità di esposizione. Dose assorbita. L’intensità di dose assorbita.
Relazione tra esposizione e dose assorbita. Il kerma e l’intensità di kerma. Relazione tra esposizione, kerma e dose assorbita nel caso di fotoni in funzione della profondità nel tessuto. Gli indicatori del rischio da radiazioni ionizzanti. Equivalente di dose. Fattore di qualità della radiazione. Il LET. Fattore qualità dei neutron in funzione dell’energia.
Effetto delle radiazioni sull’uomo. Le raccomandazioni dell’ICRP. Cenno alle norme di legge. Schermatura dalle radiazioni. Schermature da particelle cariche, da particelle carichepesanti e da elettroni. Schermature di fotoni. Il fenomeno del build‐up. Schermature per neutroni.Schermature multistrato.Applicazioni della fisica
nucleare: il metodo dell’attivazione neutronica e le datazioni archeologiche e geologiche. Criterio di base delle tecniche di misura del14C. Altri metodi di datazione: metodo del 41Ca; datazione mediante accumulazione di tracce; datazione con tracce di fissione. Tecniche di imaging.

P. Corvisiero, Appunti di Radioattività, Dipartimento di Fisica, UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA (2003)
Duccio Volterrani, Paola Anna Erba, Giuliano Mariani, Fondamenti Di Medicina Nucleare, 2010, Springer Verlag, 978-88-470-1684-2 (ISBN)
Bendiscioli Giorgio, Fenomeni radioattivi - Dai nuclei alle stelle, Springer-Verlag Mailand, 978-88-470-5452-3 (ISBN)
Leo, W.R. Techniques for Nuclear and Particle physics experiments, Springer

Decadimento radioattivo; valle di stabilità dei nuclei; vita media; ampiezza di livello e probabilità di decadimento; tempo di dimezzamento e attività specifica; rapport di diramazione; decadimento radioattivo: attività del “figlio”; attività del figlio in casi speciali; equilibrio secolare. Produzione di sorgenti radioattive (radioattività indotta). Schemi di decadimento di sorgenti radioattive. Il decadimento alfa. Il raggio nucleare. Distribuzioni energetiche. Il decadimento beta. Distribuzione energetica dello spettro beta. Proprietà del neutrino. Teoria di Fermi. Forma dello spettro beta e plot di Curie. Regole di selezione del decadimento beta. Parità. La conservazione della parità nel decadimento beta e l’esperimento di Wu. L’emissione gamma. Transizioni single e
transizioni in cascata. Regole di selezione. Conversione interna. Isomerismo nucleare. La fission e la fusione. La teoria di Bohr e Wheeler per trattare il processo di fissione. Analogia meccanica della fissione. Potere caloric della fissione. La reazione a catena. La fusion nucleare. L’origine degli elementi. Il Big‐Bang standard. Nucleosintesi nell’Universo primordial e nelle stelle. Come nasce una stella. Evoluzione della stella. La fusion nelle stele e l’origine degli elementi. Le reazioni nucleari. Bilancio energetico: Q della reazione. La sezione d’urto. Misura di sezioni d’urto. Interazione radiazione-materia: le particelle cariche. Perdita di energia per ionizzazione. Densità massica e potere frenante massico. Perdita di energia per irraggiamento (Bremsstrahlung), Range. Straggling e straggling multiplo. Interazione dei fotoni con la materia. L’Effetto fotoelettrico. Diffusione Thomson e Compton. Produzione di coppie. Coefficiente di attenuazione lineare e massico. Cammino libero medio. Strato emivalente. Coefficienti di assorbimento. Interazione dei neutron con la materia: diffusione elastica; diffusione inelastica; cattura radiativa; reazioni con emissione di particelle cariche; reazioni con emission di neutroni; fissione. Attenuazione dei neutroni. Energia perduta dai neutroni nell’urto elastico. La radioattività naturale e le radiazioni naturali. Radionuclidi naturali primordiali. Altre sorgenti naturali: i raggi cosmici. Cenno all’origine dei raggi cosmici; composizione dei raggi cosmici; raggi cosmici secondari. Il 14C. Il Radon. Radioattività interna nell’uomo. Sorgenti radioattive artificiali. Elementi sui rivelatori di particelle. Risoluzione energetica. Funzione di risposta, risposta temporale, efficienza. Tempo morto. Breve descrizione del funzionamento di: emulsion fotografiche; camera a ionizzazione; contatore proporzionale; contatore di Geiger‐Muller; multi-wire Proportional Chamber; camera a drift; camera TPC; rivelatori a scintillazione organici e inorganici; il fotomolitiplicatore; contatore Cherenkov; rivelatori a semiconduttore; rivelatori a diffusione di Litio; rivelatori a microstrip di silicio. Criteri di scelta del rivelatore. Elementi di dosimetria delle radiazioni. Parti principali della cellula; cellule somatiche e cellule germinali. Effetto biologico delle radiazioni: effetto diretto ed effetto indiretto. Effetti su particolari organi. Elementi di dosimetria delle radiazioni. Attività, Attività specifica, Fluenza (o flusso) di radiazione, Intensità di fluenza (o intensità di flusso) di radiazione, Fluenza (o flusso) di energia, Intensità di fluenza (o intensità di flusso) di energia. Esposizione. L’intensità di esposizione. Dose assorbita. L’intensità di dose assorbita.
Relazione tra esposizione e dose assorbita. Il kerma e l’intensità di kerma. Relazione tra esposizione, kerma e dose assorbita nel caso di fotoni in funzione della profondità nel tessuto. Gli indicatori del rischio da radiazioni ionizzanti. Equivalente di dose. Fattore di qualità della radiazione. Il LET. Fattore qualità dei neutron in funzione dell’energia.
Effetto delle radiazioni sull’uomo. Le raccomandazioni dell’ICRP. Cenno alle norme di legge. Schermatura dalle radiazioni. Schermature da particelle cariche, da particelle carichepesanti e da elettroni. Schermature di fotoni. Il fenomeno del build‐up. Schermature per neutroni.Schermature multistrato.Applicazioni della fisica
nucleare: il metodo dell’attivazione neutronica e le datazioni archeologiche e geologiche. Criterio di base delle tecniche di misura del14C. Altri metodi di datazione: metodo del 41Ca; datazione mediante accumulazione di tracce; datazione con tracce di fissione. Tecniche di imaging.

P. Corvisiero, Appunti di Radioattività, Dipartimento di Fisica, UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA (2003)
Duccio Volterrani, Paola Anna Erba, Giuliano Mariani, Fondamenti Di Medicina Nucleare, 2010, Springer Verlag, 978-88-470-1684-2 (ISBN)
Bendiscioli Giorgio, Fenomeni radioattivi - Dai nuclei alle stelle, Springer-Verlag Mailand, 978-88-470-5452-3 (ISBN)
Leo, W.R. Techniques for Nuclear and Particle physics experiments, Springer

Gruppi di Lorentz e di Poincaré e rappresentazioni. Simmetrie e teorema di Noether. Gruppi di Lie. Teorie di Yang-Mills. Rottura spontanea della simmetria. Monopoli e istantoni. Supersimmetria. Relatività generale. Buchi neri. Supergravità. Soluzioni di buchi neri e p-brane in supergravità.

P. Ramond, `Field theory: A modern primer'. S. Rajaraman, `Solitons and Instantons'.
S. Weinberg, `Gravitation and Cosmology'.