ITALIANO

Programma sintetico:
- Teoria della relativita’ ristretta
- Cinematica relativistica
- Dinamica relativistica
- Concetti fondamentali della fisica delle particelle elementari
- Leptoni e interazione debole
- Quark e adroni
- Proprietà generali dei nucleoni
- Il sistema di due nucleoni
- L’interazione nucleare
- Proprieta’ generali dei nuclei
- Modelli nucleari
- La radioattivita’
- Decadimenti alfa e beta dei nuclei

Introduzione alla relativita’ ristretta- Autore: Robert Resnick, Casa Editrice Ambrosiana.
Manuale di Relatività Ristretta – Autore: Maurizio Gasperini, Springer
Particle Physics - Autori: B. R. Martin e G. Shaw, terza edizione, Wiley.
Nuclear Physics in a Nutshell - Autore: Carlos A. Bertulani, Princeton University Press.

Il corso si propone di fornire le basi sperimentali, teoriche e metodologiche della Fisica nucleare e subnucleare.
L’obiettivo viene perseguito seguendo anche un approccio storico volto a descrivere l’avanzamento delle conoscenze, lo sviluppo dei modelli e la progettazione ed esecuzione di esperimenti mirati.

Oltre a ciò, il corso intende formare negli studenti:
capacità di individuare gli elementi essenziali di un processo, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario per la sua descrizione;
capacità di applicazione pratica delle leggi di conservazione e di esecuzione di calcoli numerici con l’utilizzo delle unità di misura tipiche della Fisica nucleare e subnucleare.

Conoscenze di base di Meccanica Quantistica.
Gli studenti devono aver sostenuto gli esami di Fisica Generale II e di Laboratorio di Fisica II.

Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula (56+12 ore).
La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.

La verifica del livello di apprendimento consisterà in una prova orale della durata di circa 60 minuti da effettuarsi alla fine del corso.
Oltre a verificare il livello di conoscenza raggiunto dallo studente, la prova orale mira ad accertare la comprensione dei fondamenti della fisica nucleare e subnucleare e la capacità di saperne descrivere le principali caratteristiche osservate sperimentalmente.

- Teoria della relativita’ ristretta: Le trasformazioni galileiane, La relativita’ newtoniana e l’elettromagnetismo, L’esperimento di Michelson e Morley.
- Cinematica relativistica: Derivazione delle equazioni di trasformazione di Lorentz, La somma relativistica delle velocita’, Aberrazione ed effetto Doppler.
- Dinamica relativistica: Meccanica e relativita’, Momento relativistico, Legge di forza relativistica, Principio di equivalenza massa-energia, Proprieta’ di trasformazione di momento, energia, massa e forza.
- Concetti fondamentali della fisica delle particelle elementari: Equazione d’onda relativistica, Teoria di Dirac dei buchi e antiparticelle, Diagrammi di Feynman per processi fondamentali di diffusione elettromagnetica e creazione di coppie particella-antiparticella, Il range di interazione delle forze, Il potenziale di Yukawa.
- Leptoni e interazione debole: Multipletti e numeri leptonici, Interazione debole tra leptoni, massa dei neutrini e “neutrino mixing”
- Quark e adroni: Proprieta’ generali di quark e adroni, Pioni e nucleoni, Numeri quantici “strange”, “charm” e “bottom”.
- Proprieta’ generali dei nucleoni: Nucleoni e forze nucleari, Simmetrie di inversione spaziale e parita’, Invarianza di isospin, Momento magnetico dei nucleoni, QCD.
- Il sistema di due nucleoni: Multipoli elettrostatici, Momento magnetico e accoppiamento di spin-orbita, Generalita’ del deutone, Modello a buca quadrata del deutone, la funzione d’onda del deutone, diffusione nucleone-nucleone, Teoria dell’ “effective range”.
- L’interazione nucleare: Potenziali fenomenologici, Potenziali locali e non-locali, Potenziali basati sullo scambio mesonico, Cenni all’EFT.
- Proprieta’ generali dei nuclei: Raggio nucleare, Energia di legame, Momento angolare totale, Momento di dipolo magnetico e di quadrupolo elettrico, Stati eccitati dei nuclei, Stabilita’ nucleare.
- Modelli nucleari: Modello a goccia, Modello del gas di Fermi, Modello a shell e l’interazione residua, Modello vibrazionale, Modello rotazionale.
- La radioattivita’: Catene di decadimento, Serie naturali radioattive, Datazione radioattiva, Proprieta’ degli stati instabili, Probabilita’ di transizione e regola aurea.
- Decadimenti alfa e beta dei nuclei: Teoria del decadimento alfa, Momento angolare e parita’ nel decadimento alfa, Teoria di Fermi del decadimento beta, La costante del decadimento beta, Transizioni di Gamow-Teller, Regole di selezione per il decadimento beta, Il doppio decadimento beta.

Italian

Synthetic program:
-Theory of special relativity,
-Relativistic kinematics
- Relativistic dynamics
- Basic concepts of elementary particle physics
- Leptons and weak interaction
- Quark and hadrons
- General properties of the nucleons
- Two-nucleon systems
- The nuclear interaction
- General properties of the nuclei
- Nuclear models
Radioactivity
- Alpha and beta decay of nuclear systems

Introduzione alla relativita’ ristretta – Author: Robert Resnick, Casa Editrice Ambrosiana.
Manuale di Relatività Ristretta – Author: Maurizio Gasperini, Springer
Particle Physics – Authors: B. R. Martin e G. Shaw, third edition, Wiley.
Nuclear Physics in a Nutshell - Author: Carlos A. Bertulani, Princeton University Press.

The goal of the course is to provide the experimental, theoretical, and methodological basis of nuclear and subnuclear physics. This is pursued through a historical approach too, that is aimed to describe the advance of knowledge, the development of the models, and the design of experiments.
Besides this, the course aims to train students in:
Developing the ability to identify the essential of a physical process, in terms of order of magnitude, and the degree of approximation that is needed for its description;
Developing the ability for a practical application of conservation laws and the execution of numerical computing, using measure units that are employed in nuclear and subnuclear physics

Basic knowledge of Quantum Mechanics. Students must have already taken the exams of General Physics II and Physics Laboratory II.

Lectures and numerical exercises in presence (56+12 hours)
Attendance is not compulsory, but it is strongly suggested

The examination of the degree of knowledge consists of an oral exam that lasts about 60 minutes, at the end of the course.
To verify the degree of knowledge, the oral exam aims to verify the understanding of the basics of nuclear and subnuclear physics, as well as the ability to describe the main characteristics experimentally observed.

- Special relativity: galileian transformations, Newtonian relativity and electromagnetism, the experiment of Michelson and Morley
- Relativistic kinematics: derivation of the Lorentz transformation, relativistic addition of velocity, Doppler effect.
- Relativistic dynamics: special relativity and mechanics, relativistic momentum, relativistic law of the force, the equivalence principle of mass and energy, transformation properties of momentum, energy, and force.
- Fundamental concepts of elementary particle physics: relativistic wave equation, Dirac theory of holes and antiparticles, Feynman diagrams for fundamental electromagnetic scattering processes, and the creation particle-antiparticle couples, the interaction range of the forces, Yukawa potential.
- Leptons and weak interaction: lepton numbers and multiplets, weak interaction between leptons, neutrino masses and neutrino mixing
- Quark and hadrons: general properties, pion and nucleons, strange/charm/bottom quantum numbers.
- General properties of the nucleons: nucleon and nuclear forces, symmetries of space inversion and parity, isospin invariance, magnetic moment of the nucleons, QCD.
- Two-nucleon systems: electrostatic multipoles, magnetic moment and spin-orbit coupling, general properties of the deuteron, square-well model for the deuteron, deuteron wave function, nucleon-nucleon scattering, effective range theory.
- The nuclear interaction: phenomenological nuclear potentials, local and non-local potentials, meson-exchange potentials, basics of EFT.
- General properties of nuclear systems: nuclear radius, binding energy, total angular momentum, magnetic dipole moment and electric quadrupole moment, excited states of nuclei, nuclear stability.
- Nuclear models: the nuclear drop model, Fermi gas model, shell model and residual interaction, vibrational model, rotational model.
- Radioactivity: decay chains, natural decay series, radiometric dating, properties of unstable nuclear states, transition probability and Fermi’s golden rule.
- Alpha and beta decay on nuclear systems: theory of the alpha decay, angular momentum and parity of the alpha decay, Fermi’s theory of the beta decay, beta-decay constant, Gamow-teller transitions, selection rules of the beta decay, double-beta decay.