Programma del Corso di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare Anno Accademico 2006 – 2007 Prof. Annalisa D'Angelo Dott.ssa Rachele Di Salvo Testi: W.E. Burcham & M. Jobes: Nuclear and particle physics. Longman Scientific & Technical ( disponibile in biboteca) Hans Fraunfelder & Ernest M. Henley: Subatomic Physics. Prentice Hall P. Povh K. Rith C. Scholz F. Zetsche: Particelle e nuclei. Bollati Boringhieri. D. Prosperi, M. De Sanctis M.A. Incicchitti. Dispense : Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare

Obiettivi della fisica Subnucleare Conoscere i costituenti fondamentali della materia. Capire attraverso quali forze interagiscono. Oggi si pensa che i costituenti fondamentali siano fermioni: quark e leptoni (s=1/2). Sono particelle senza struttura e puntiformi fino a distanze 10-17 m. Per comprendere come tali particelle si comportano sotto l’azione delle loro forze di interazione gli strumenti sono: Strumenti teorici: Strumenti sperimentali: La teoria della relatività Reazioni di diffusione La meccanica quantistica tramite sonde adroniche e leptoniche

Meccanica relativistica Teoria quantistica dei Campi Strumenti teorici Piccole distanze (mondo microscopico) Meccanica classica Meccanica quantistica Meccanica relativistica Teoria quantistica dei Campi v /c 1

Giustificazione e riformulazione del principio di esclusione di Pauli. Per descrivere le particelle elementari sono necessari sia la meccanica quantistica che la teoria della relatività. Novità Esistenza delle antiparticelle (stessa massa e numeri quantici opposti). Giustificazione e riformulazione del principio di esclusione di Pauli. Invarianze e Teorema CPT. Il modello standard formulato da Glashow-Weimberg e Salam (Premio Nobel 1979) descrive attualmente tutte le interazioni tra le particelle esistenti, ad eccezione della interazione gravitazionale. Ha attualmente moltissime conferme sperimentali.

La descrizione dei fenomeni fisici avviene attraverso l’introduzione di Modelli, ovvero di: “ Un insieme di ipotesi fisiche e prescrizioni matematiche in grado di riprodurre una classe di fenomeni sperimentali “. Più ampio è l’insieme dei fenomeni fisici descritti dal modello, maggiore è la sua efficacia. Un modello deve essere anche predittivo, ovvero in grado di prevedere effetti nuovi. Se l’osservazione di tali nuovi effetti è in disaccordo con il modello questo perde di validità.

I costituenti fondamentali (fermioni) interagiscono scambiandosi quanti di campo di interazione (bosoni). Le particelle sono anche classificate in base al tipo di interazione che possono effettuare: Forza forte  adroni (stati composti da due o tre quark) mesoni (bosoni) barioni qqq (fermioni) Solo forza elettro-debole  leptoni

Interazioni Fondamentali Intera-zione Quanto di campo Spin-parità Massa (mc2) GeV Range (m) Sorgen-te Costan-ti di accop-piamen-to Sezioni d’urto tipiche b Vite medie di decadi-mento Gravità gravitone 2+  massa Km2/hc 0.5 10-38 - Elettro-magneti-smo fotone 1- carica elettrica = e2/4hc =1/137 10 10-20 Debole Bosoni intermedi Z0 W+ W- 1-, 1+ 80-90 10-18 carica debole (mc/h)2Ghc 10-5 10-8 Forte gluoni 1 <10-15 carica di colore s1 <1 (r0) 104 10-23

Interazioni Forte : tiene legati i quark negli adroni ed i nucleoni nei nuclei. E’ descritta dalla cromo-dinamica quantistica (QCD). I mediatori sono chiamati gluoni e sono otto. Debole: responsabile di processi quali il decadimento . Elettromagnetica: spiega l’esistenza degli atomi. Lega elettroni e nuclei. Gravitazionale: viene trascurata nella fisica subnucleare.