Course Syllabus

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Il corso si prefigge di fornire un'introduzione di base alla fisica delle particelle discutendone le proprieta', la classificazione e le  principali leggi che ne regolano le interazioni. Il corso sara' corredato di esempi ed esercizi  numerici.

Classificazione delle particelle. Esperimenti fondamentali e sviluppo temporale della ricerca. Interazioni e Campi. Barioni e mesoni. Leptoni. Adroni. Quarks negli Adroni. Deep inelastic scattering e partoni. Colore. Interazioni dei Quarks e QCD. Interazioni Deboli. Teoria di Fermi. Interazioni Elettrodeboli.

Cenni storici 

Dalla scoperta dei raggi cosmici agli esperimenti degli anni 50' 

 Nucleoni, leptoni e mesoni 

Il muone ed il pione; mesoni strani e iperoni; i numeri quantici del pione; i leptoni; le antiparticelle 

 Adroni 

Risonanze; risonanze in formazione e produzione; sezioni d'urto π(K)-protone; interazioni di stato finale; Dalitz plot; le risonanze adroniche e gli iperoni; multipletti mesonici e barionici; il puzzle θ-τ ed il Dalitz plot triangolare; numeri quantici delle risonanze; mesoni pseudo-scalari e vettoriali; SU(3)f e il modello a quark; la ω e la η; la Ω ed il colore; la J/ψ e il charm; la terza famiglia di quark; le particelle Y; il quarkonio. 

 QCD

Collisori e+e-; rapporto R e colore; jets; spin del gluone; DIS: cinematica e sezioni d'urto di Rutherford, Mott e Rosenbluth; lo scaling di Bjorken ed i partoni, le funzioni di struttura; i gluoni; violazioni dello scaling; applicazioni elementari della QCD: fattori di colore negli stati legati e nelle sezioni d'urto adroniche; stati legati adronici; la rinormalizzazione in QCD e αs(Q2); la regola OZI; confinamento e masse adroniche.

 Interazioni deboli 

Classificazione; la costante di Fermi; universalità; decadimento beta; diffusione ν-e; ancora θ−τ; violazione della parità; spinori di Dirac; chiralità ed elicità; termini di massa; correnti deboli cariche (CC) e neutre (NC); la scoperta delle NC; elicità del neutrino; decadimento del π; teoria V-A; particelle strane e angolo di Cabibbo; meccanismo GIM; CP e mixing dei quark; matrice CKM; fasci di neutrini; sezioni d'urto di neutrino 


Struttura della materia. Conoscenza molto basilare delle principali interazioni delle particelle e loro nomenclatura. Nozioni di cinematica relativistica. Principi di simmetria in meccanica quantistica.

- Lezioni frontali

- Esercitazione

Nel periodo di emergenza Covid-19 le lezioni si svolgeranno da remoto, in modalità asincrona e sincrona, con alcuni eventi in presenza fisica.

Le lezioni sincrone e asincrone saranno tutte registrate e fruibili negli orari definiti dal calendario accademico 20-21.


Slide del corso e principali articoli di esperimenti di importanza storica.

Testo consigliato: A.Bettini - Introduction to Elementary Particle Physics 2nd Ed. - Cambridge University Press


Primo semestre

Esame orale con discussione degli argomenti trattati durante le lezioni.  L'esame includera' anche una parte scritta consistente nella risoluzione di qualche esercizio legato ai contenuti del  corso.

Gli studenti possono venire nel mio ufficio per chiarimenti in qualunque momento.  Se serve, mandare un email per fissare un appuntamento.   

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The course aims to provide a basic introduction to the physics of particles by discussing their properties and classification scheme and the main laws that govern their interactions. The course will be accompanied by numerical examples and exercises.

Particles classification. Most relevant experiments and historical development of the field.. Interactions and fields.Barions and mesons, leptons. Hadrons. Quarks in hadrons. Deep inelastic scattering. Color. Interactions of quarks and QCD. Weak interactions. Fermi theory. Electroweak interactions.

Background

The first discoveries in the cosmic rays; the experiments of the 50's

Nucleons, leptons and mesons

The muon and the pion; strange mesons and hyperons; the quantum numbers of the pion; leptons; antiparticles;

Hadrons

Resonances; production and formation; cross sections π(K)-proton; interactions in the final state; Dalitz plot; the hadron resonances and hyperons; meson and baryon multiplets; the θ-τ puzzle and the triangular Dalitz plot; quantum numbers of resonances; pseudo-scalar and vector mesons; SU(3)f and the quark model; the ω and η; the Ω and color; the J / ψ and charm; the third family of quarks; the Y particles; the quarkonium.

QCD

Colliders e + e-; R ratio and the color; jets; spin of the gluon; DIS: kinematics and cross sections of Rutherford, Mott and Rosenbluth; Bjorken scaling and partons, structure functions; the gluons; scaling violations; elementary applications of QCD: color factors in the bound states and in the hadron cross sections; hadron-related states; renormalization in QCD and αs(Q2); the OZI rule; confinement and hadron masses.

Weak interactions

Classification; the Fermi constant; universality; beta decay; ν-e scattering; θ-τ puzzle; parity violation; Dirac spinors; chirality and helicity; mass terms; weak charged (CC) and neutral (NC) currents; the discovery of neutral currents; helicity of the neutrino; pion decay; V-A theory; strange particles and Cabibbo angle; GIM mechanism; CP and quark mixing; CKM matrix; neutrino beams; cross sections of neutrino


Structure of matter. Very basic understanding of the particle names and main interactions nomenclature. Relativistic kinematics concepts. Symmetry in quantum mechanics.

- Lectures

- Classes

- During the Covid-19 emergency period, the lessons will take place remotely, asynchronously and synchronously, with some events in physical presence.

- The synchronous and asynchronous lessons will all be recorded and accessible at the times defined in the academic calendar 20-21.


Course slides and main articles of experiments of historical importance.

Suggested text: A. Bettini - Introduction to Elementary Particle Physics 2nd Ed. - Cambridge University Press


First semester

Oral exam with discussion of the topics covered during the lessons. The exam will also include the resolution of some exercises related to the course contents.

Students can come to my office for clarification at any time. If needed, send an email to schedule an appointment.

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Key information

Field of research
FIS/04
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
44
Language
Italian

Staff

    Teacher

  • MB
    Matteo Biassoni
  • Oliviero Cremonesi
    Oliviero Cremonesi

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments
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