CFU
6
Durata
14 Settimane
Semestre DD
Secondo
Cenni storici. La radioattività naturale. Esperimenti di diffusione. Sezioni d’urto. Coefficiente di assorbimento, lunghezza di attenuazione e cammino libero medio. Sezione d’urto totale, elastica, inclusiva ed esclusiva. Luminosità e sezione d’urto per esperimenti con fasci incrociati. Sezioni d’urto differenziali. I modelli atomici e l’esperimento di Rutherford. La sezione d’urto di Rutherford. Il protone e le trasmutazioni nucleari. La scoperta del neutrone. Proprietà generali dei nuclei. Nuclei isotopi, isotoni, isobari. Dimensioni di atomi, nuclei e particelle. Fattori di forma. La dimensione e la forma dei nuclei. Raggio nucleare. Masse dei nuclei. Lo spettrometro di massa; spettrometro tipo Bainbridge. Parità dei nuclei. Momenti Magnetici dei Nucleoni. Il formalismo dello spin isotopico. Energia di legame per nucleone. Formula di Weizsacker. Abbondanza dei Nuclidi. Stabilità. Decadimenti radioattivi. Legge del decadimento radioattivo. Rapporto di diramazione. Il decadimento α; cinematica del decadimento α e cenni alla teoria di Gamow. Il decadimento β e violazione della parità nelle interazioni deboli: l'esperimento di Wu. La cattura elettronica. L’emissione γ. La conversione interna. L’isomerismo. Gli equilibri radioattivi. Le famiglie radioattive. Cinematica relativistica: principio di relatività; quadrivettori e trasformazioni di Lorentz; composizione delle velocità: il quadrivettore energia-impulso; massa invariante; sistemi del laboratorio e del centro di massa; energia di soglia di una reazione; trasformazione degli angoli; decadimento in due corpi. Elementi sulle reazioni nucleari. Bilancio energetico: Q della reazione. Misura di sezione d’urto. Reazioni a stato finale multiplo. Diffusione elastica. Reazioni senza proiettile (decadimento). Modelli nucleari a Interazione Forte e a Particelle Indipendenti. Potenziali nucleari. Modello a goccia. Modello a gas di Fermi. Numeri magici. Modello a Shell. Nuclei doppiamente magici. La fissione e la fusione nucleare. Interazione radiazione-materia: diminuzione di intensità e perdita di energia. Interazione delle particelle cariche con la materia: Perdita di energia per ionizzazione, perdita di energia per irraggiamento (Bremsstrahlung). Il range. Il fenomeno dello scattering multiplo. Il fenomeno dello Straggling energetico. Effetto Čerenkov. Interazione della radiazione elettromagnetica: diffusione Compton, effetto fotoelettrico, produzione di coppie. Coefficiente di attenuazione lineare e massico. Cammino libero medio. Strato emivalente e decivalente. Interazione dei neutroni con la materia. Energia perduta dai neutroni nell’urto elastico. Elementi sui rivelatori per la fisica nucleare e subnucleare: caratteristiche generali, emulsioni, rivelatori a gas, rivelatori Čerenkov, scintillatori, rivelatori a semiconduttore. Criteri di scelta di un rivelatore.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso di studio è volto a fornire un primo approccio alla fisica nucleare e subnucleare, che verrà poi ulteriormente sviluppato in sede di Corso Magistrale per gli studenti di indirizzo, ma che sarà ad ogni modo sufficiente per una panoramica generale anche a tutti gli altri studenti che approfondiranno altri argomenti di fisica.
Il corso fornisce infatti una buona conoscenza degli elementi di base della fisica dei nuclei e delle particelle elementari.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Attraverso il corso gli studenti acquisiranno conoscenza dei fondamenti della fisica delle particelle elementari, dalle dimensioni nucleari a quelle subnucleari e particellari. In base alle conoscenze acquisite, gli studenti saranno in grado di comprendere le motivazioni alla base di molti fenomeni fisici del mondo microscopico, dai decadimenti nucleari e particellari, alle interazioni di scattering, alla creazione e scoperta di nuove particelle. Conosceranno le leggi di conservazione che sono alla base di tutti i processi fisici del mondo microscopico e saranno in grado di comprendere i meccanismi delle forze di interazione fondamentali che regolano il mondo della fisica delle particelle elementari.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Gli studenti alla fine del corso saranno in grado di applicare le loro conoscenze e capacità di comprensione in maniera da dimostrare un approccio professionale nel campo della fisica delle particelle, sia in campo nucleare che subnucleare, sia studiata presso acceleratori che con sorgenti naturali (radioattività, raggi cosmici).
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Alla fine del corso gli studenti avranno imparato come il metodo scientifico abbia aiutato nella comprensione del mondo microscopico nel suo sviluppo storico, e di conseguenza avranno imparato ad essere rigorosi nella formulazione di nuove ipotesi e critici nell'analisi dei dati sperimentali.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Gli studenti saranno abituati, durante il corso, ad interagire con il docente e tra di loro. La discussione scientifica è infatti sempre stimolata durante le lezioni, e gli studenti possono proporre temi di discussione oppure presentare loro stessi un argomento di interesse.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Gli studenti avranno acquisito una comprensione della natura e della complessità del mondo microscopico, che sarà loro utile anche se vorranno muoversi in altri campi.
Inoltre saranno in grado di fare ricerche bibliografiche autonome utilizzando libri di settore, e sviluppando anche familiarità con alcune riviste specifiche e con le informazioni disponibili in rete.