Course Syllabus

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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.

Parte A)

Prime osservazioni dei quarks pesanti. Quarkonium. 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)

La scoperta delle oscillazioni del neutrino come prima chiara indicazione di fisica oltre il modello standard. Proprietà del un neutrino massivo e modi sperimentali per il loro studio: massa, mixing, conservazione o violazione del numero leptonico. Connessioni tra fisica delle particelle e astrofisica/cosmologia: neutrini e materia oscura.

Parte A)

Prime osservazioni di quark pesanti. Stati legati, quarkonium, 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)

  1. Introduzione: astroparticle e fisica del neutrino.
  2. Proprietà del neutrino massivo, neutrini di Majorana e di Dirac.
  3. La massa del neutrino e le osservabili di massa.
  4. Le oscillazioni del neutrino, modellizzazione fenomenologica e studi sperimentali: interazione utilizzata per la rivelazione, oscillazioni a due o tre sapori. Oscillazioni nel vuoto e nella materia. discussione di alcuni esperimenti particolarmente significativi.
  5. Prospettive future nella misura delle oscillazioni: la gerrchia e la violazione di CP. Lo studio delle anomalie (neutrini sterili)
  6. Brevi cenni di cosmologia in relazione alla massa del neutrino e all'asimmetria materia-antimateria. Introduzione al problma della materia oscura.

Conoscenze di elementi di meccanica quantistica e introduzione alla fisica delle particelle (tipicamente aver seguito il corso di particelle I).

Didattica erogativa (lezione i frontali) in presenza.

Slides con appunti delle lezioni e registrazioni 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;
A. Marrone Lecture Notes: Neutrino Physics and Astrophysics Marrone_GGI_2023.pdf
Samoil Bilenky Introduction to the Physics of Massive and Mixed Neutrinos ed. Springer
A. Strumia e F. Vissani Neutrino masses and mixings and... https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0606054.pdf
C. Giunti and C.W. Kim Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics Oxford university Press

Secondo semestre

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 sul grado di conoscenza degli argomenti e la capacità di elaborazione personale, sulla chiarezza e correttezza dell'esposizione.

Su appuntamento via email

ISTRUZIONE DI QUALITÁ
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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 the Standard Model

Part A)

First observation of heavy quarks. Quarkonium. 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 symmetry. 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)

The discovery of neutrino oscillations as the first clear indication of physics beyond the Standard Model. Properties of massive neutrinos and experimental approaches to their study: mass, mixing, and lepton number conservation or violation. Neutrinos and Dark Matter in Astrophysics and Cosmology

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.

Part B)

  1. Introduction: Astroparticle physics and neutrino physics.
  2. Properties of massive neutrinos: Majorana and Dirac neutrinos.
  3. Neutrino mass and mass-related observables.
  4. Neutrino oscillations: Phenomenological modeling and experimental studies; interaction channels used for detection; two- and three-flavor oscillations; oscillations in vacuum and in matter. Discussion of selected key experiments.
  5. Future prospects in oscillation measurements: Mass hierarchy and CP violation. Investigation of anomalies (sterile neutrinos).
  6. Brief overview of cosmology in relation to neutrino mass and the matter-antimatter asymmetry. Introduction to the dark matter problem.

Basic knowledge of quantum mechanics and basics of particle physics (eg from the course of Particle Physics 1)

Frontal lectures.

Slides with lectures' notes and recording 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;
A. Marrone Lecture Notes: Neutrino Physics and Astrophysics Marrone_GGI_2023.pdf
Samoil Bilenky Introduction to the Physics of Massive and Mixed Neutrinos ed. Springer
A. Strumia e F. Vissani Neutrino masses and mixings and... https://arxiv.org/pdf/hep-ph/0606054.pdf
C. Giunti and C.W. Kim Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics Oxford university Press

Second semester

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 the level of knowledge and understanding of the topic, and on the clarity and correctness of their presentation.

By appointment via email

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Key information

Field of research
FIS/01
ECTS
6
Term
Second semester
Course Length (Hours)
45
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
English

Staff

    Teacher

  • Marta Calvi
    Marta Calvi
  • Maura Pavan
    Maura Pavan

Students' opinion

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Bibliography

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