Course Syllabus
Obiettivi
Fornire una visione panoramica della fenomenologia relativa alla fisica del sapore nei due settori adronico e leptonico, nel suo sviluppo e nello stato attuale, con attenzione agli aspetti sperimentali (nella relazione tra misure e teoria) e alle prospettive di fisica oltre il Modello Standard.
Contenuti sintetici
Parte A)
Produzione di quarks pesanti ai diversi acceleratori. Decadimenti e vite medie degli adroni pesanti. La struttura del sapore nel Modello Standard. Le transizioni di sapore: la matrice CKM e la misura dei suoi elementi di matrice. Il fenomeno delle oscillazioni dei mesoni neutri (K,D,Bd,Bs) e le misure sperimentali dei parametri di oscillazione. La violazione della simmetria CP (CPV) e le osservazioni sperimentali per i mesoni B nel mixing e nel decadimento. Simmetria di invarianza temporale. Decadimenti rari degli adroni pesanti e la ricerca di nuova fisica. Esempi di misure agli esperimenti ai collisori e+e- alla Y(4S), allo Z⁰ e ai collisori adronici.
Parte B)
Osservazione sperimentale del fenomeno delle oscillazioni dei neutrini. La matrice di mixing del neutrino e le misure dei suoi parametri. Modello Standard allargato con l'introduzione di un termine di massa del neutrino. Esperimenti presenti e futuri per la determinazione di gerarchia, massa e parametri di oscillazione. Connessioni tra fisica delle particelle e astrofisica/cosmologia: neutrini e materia oscura.
Programma esteso
Parte A)
Prime osservazioni di quark pesanti. Stati legati, quarkonia, spettroscopia degli adroni pesanti. Produzione di quarks pesanti ai diversi acceleratori. Decadimenti e vite medie degli adroni pesanti. La struttura del sapore nel Modello Standard. Le transizioni di sapore: la matrice CKM e i triangoli di Unitarieta'. Misura dei moduli della matrice CKM. Il fenomeno delle oscillazioni dei mesoni neutri (K,D,Bd,Bs). Misure sperimentali dei parametri di oscillazione. La violazione della simmetria CP (CPV). Osservazioni sperimentali di CPV per i mesoni B nel mixing e nel decadimento. Misura degli angoli del UT. Simmetria di invarianza temporale. Ricerca di nuova fisica nelle transizioni di sapore. Decadimenti rari degli adroni pesanti. Ricerca di violazione del sapore nei decadimenti dei leptoni carichi.
Esempi di misure agli esperimenti ai collisori e+e- alla Y(4S), allo Z⁰ e ai collisori adronici.
Parte B)
- Come e perchè oggi pensiamo che il Modello Standard sia incompleto: dalla dark matter al neutrino massivo. Rivelazione diretta di dark matter.
- Neutrini massivi di Dirac e di Majorana. Violazione del numero leptonico e Doppio Decadimento Beta. Un esempio di esperimento (CUORE).
- Oscillazioni nel vuoto. Modello a 2 neutrini. Le misure di SuperKamiokande.
- Oscillazioni nel vuoto. Modello a 3 neutrini. Le misure ai reattori (KamLAND). Come arrivare alla determinazione della gerarchia.
- L'effetto della materia. I neutrini solari. Le misure fatte da SNO.
- Neutrini da fascio. Misure per la determinazione della gerarchia e la violazione di CP. Neutrini sterili.
- Misura diretta della massa del neutrino.
Prerequisiti
Conoscenze di elementi di meccanica quantistica e introduzione alla fisica delle particelle (tipicamente aver seguito il corso di particelle I).
Modalità didattica
Didattica erogativa (lezione i frontali) in presenza.
Materiale didattico
Slides con appunti delle lezioni disponibili sulla piattaforma e-learning.
Mark Thomson, "MODERN PARTICLE PHYSICS", Cambridge University Press, 2013.
A. Bettini, “Introduction to Elementary Particles Physics”, Cambridge University Press; D. Griffiths, “Introduction to Elementary Particles”, 2nd ed. Wiley;
M. Sozzi, "Discrete Symmetries and CP Violation, from experiment to theory" Oxford University Press;
K. Zuber, “Neutrino Physics”
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale: colloquio sugli argomenti svolti a lezioni. Le domande verteranno sia sugli argomenti trattati nella parte A che nella parte B. La valutazione sarà basata sulla chiarezza di esposizione, la completezza e la correttezza.
Gli studenti Erasmus possono sostenere l'esame in inglese.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email
Sustainable Development Goals
Aims
Provide a wide overview of flavour physics phenomenology in both the hadronic and leptonic sectors. Insight in the experimental aspects (connection between experimental measurements and theory) and searches for physics beyond Standard Model
Contents
Part A)
Production of heavy quarks at different accelerators. Decays and lifetimes of heavy hadrons. The Flavour Structure in the Standard Model. Flavour transitions: the CKM matrix and the measurements of its elements. Oscillations of neutral mesons (K, D, Bd, Bs), measurement of the oscillation parameters. The violation of the CP symmetry(CPV). Measurements of CPV in the B systems. Time reversal. Measurement of rare decays and search for New Physics in flavour transitions. Examples of measurements at e+e-colliders and at hadronic colliders.
Part B)
Experimental observations of neutrino oscillations. The neutrino mixing matrix and the measurement of its parameters. Extension of SM to include neutrino mass terms. Present and future experiments to measure neutrino mass hierarchy and oscillation parameters. Neutrinos and Dark Matter in Astrophysics and Cosmology
Detailed program
Part A)
First observations of heavy quarks. Production of heavy quarks at different accelerators. Bound states, quarkonia, spectroscopy of heavy hadrons. Decays and lifetimes of heavy hadrons. The flavour structure in the Standard Model. Flavour transitions: the CKM matrix and the Unitarity Triangles. Measurements of CKM elements. Oscillations of neutral mesons (K, D, Bd, Bs), measurement of the oscillation parameters. The violation of the CP symmetry (CPV). Measurements of CPV in the B systems: CPV in mixing and in decay. Measurements of the UT angles. Time reversal symmetry. Measurement of rare decays and search for New Physics in flavour transitions. Search for charged lepton flavour violations.
Exemples of measurements performed by experiments at e+e- colliders at Y(4S), at Z⁰ and at hadron colliders. e ai collisori adronici.
Part B)
- Why and how the Standard Model looks incomplete: from dark matter to massive neutrinos. Direct detection of dark matter.
- Dirac and Majorana massive neutrinos. Lepton number violation and Double Beta Decay. An experiment (CUORE).
- Vacuum oscillation with 2 neutrinos. Measurements at SuperKamiokande.
- Vacuum oscillations with 3 neutrinos .Reactor measurements (KamLAND). Hierarchy determination.
- Matter effect. Solar neutrinos. Measurements at SNO.
- Neutrino beams. Hyerarchy determination and investigation of CP violation. Sterile neutrinos.
- Direct measurement of the neutrino mass.
Prerequisites
Basic knowledge of quantum mechanics and basics of particle physics (eg from the course of Particle Physics 1)
Teaching form
Frontal lectures.
Textbook and teaching resource
Slides with lectures' notes available on the e-learning platform.
Mark Thomson, "MODERN PARTICLE PHYSICS", Cambridge University Press, 2013.
A. Bettini, “Introduction to Elementary Particles Physics”, Cambridge University Press; D. Griffiths, “Introduction to Elementary Particles”, 2nd ed. Wiley;
M. Sozzi, "Discrete Symmetries and CP Violation, from experiment to theory" Oxford University Press;
K. Zuber, “Neutrino Physics”
Semester
Second semester
Assessment method
Oral examination about the content of the lectures. The questions will focus on both the topics covered in part A and part B. The evaluation will be based on clarity of presentation, completeness and correctness.
Erasmus students can held the exam in English.
Office hours
By appointment via email
Sustainable Development Goals
Staff
-
Marta Calvi
-
Maura Pavan
