Course Syllabus
Obiettivi
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. Per chi lo desidera c'è la possibilità di svolgere le prove di esame in inglese per studenti Erasmus.
Contenuti sintetici
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.
Programma esteso
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
Prerequisiti
Struttura della materia. Conoscenza molto basilare delle principali interazioni delle particelle e loro nomenclatura. Nozioni di cinematica relativistica. Funzionamento dei principali tipi di rivelatori di particlelle. Principi di simmetria in meccanica quantistica.
Modalità didattica
- Lezioni frontali
- Esercitazione
Le lezioni sincrone saranno tutte registrate e fruibili negli orari definiti dal calendario accademico 2023-24.
Materiale didattico
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
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consistera' in una discussione sugli argomenti trattati durante le lezioni, atta a stabilire sia il grado di preparazione che la comprensione degli argomenti trattato. Includera' sia una parte orale che una scritta consistente nella risoluzione di qualche esercizio legato ai contenuti del corso.
Orario di ricevimento
Gli studenti possono venire nel mio ufficio per chiarimenti in qualunque momento. Se serve, mandare un email per fissare un appuntamento.
Aims
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. For those who wish, there is the possibility of taking the exams in English for Erasmus students.
Contents
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.
Detailed program
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
Prerequisites
Structure of matter. Very basic understanding of the particle names and main interactions nomenclature. Relativistic kinematics concepts. Operation of the main types of particle detectors. Symmetry in quantum mechanics.
Teaching form
- Lectures
- Classes
- All lectures will be recorded and accessible at the times defined in the academic calendar 2023-24.
Textbook and teaching resource
Course slides and main articles of experiments of historical importance.
Suggested text: A. Bettini - Introduction to Elementary Particle Physics 2nd Ed. - Cambridge University Press
Semester
First semester
Assessment method
The exam will consist of a discussion of the topics covered in the lectures, designed to establish both the degree of preparation and understanding of the topics covered. It will include both an oral and a written part consisting of solving a few exercises related to the course content.
Office hours
Students can come to my office for clarification at any time. If needed, send an email to schedule an appointment.
Staff
-
Matteo Biassoni
-
Oliviero Cremonesi