Fornire i concetti di probabilità di transizione per unità di tempo, di sezione d'urto, di vita media e le principali caratteristiche delle interazioni fondamentali. Fornire nozioni su risultati sperimentali e modelli in grado di descrivere le proprietà dei nuclei, dei decadimenti nucleari, delle reazioni nucleari. Stimolare la capacità di applicare a problemi pratici le nozioni acquisite, con particolare riguardo per le tecniche nucleari più diffuse, in ambito diagnostico ed energetico.
scheda docente materiale didattico
Il protone, raggi catodici, l’elettrone, massa e carica elettrica. Spettro del corpo nero, costante di Planck, effetto fotoelettrico, raggi X, effetto Compton, il fotone. Modello atomico di Bohr, spettri atomici, momento magnetico, spin dell’elettrone.
Relatività ristretta, trasformazioni di Lorentz, quadrivettori e invarianti relativistici. Energia-impulso, cinematica relativistica.
Sezione d'urto, coefficiente di assorbimento. Diffusione coulombiana, sezione d'urto di Rutherford. Diffusione di radiazione elettromagnetica da una carica, sezione d'urto di Thomson.
Richiami di teoria delle perturbazioni, probabilità di transizione, spazio delle fasi. Legge di decadimento, interazione elettromagnetica, emissione e assorbimento, radiazione di dipolo elettrico e magnetico, regole di selezione. Diffusione di Rutherford, fattore di forma elettrico,
diffusione di carica da momento magnetico, fattori di forma elettrico e magnetico del protone e del neutrone. Diffusione da potenziale centrale, sviluppo in onde parziali, sezione d'urto di diffusione e assorbimento.
Seconda parte:
Proprietà dei nuclei, numero e peso atomico, curva di stabilità, misure di carica, massa e raggio dei nuclei. Statistica, spin e parità dei nuclei, il neutrone. Energia elettromagnetica dei nuclei, sviluppo in multipoli, momento di dipolo magnetico e di quadrupolo elettrico, metodi di misura.
Modello a gas di Fermi, energia cinetica dei nucleoni. Modello a goccia, formula di Bethe-Weizsaeker, nuclei isobari speculari. Numeri magici, modello a strati, interazione spin-orbita.
Stati di energia dei nuclei, stati di spin-parità. Il sistema protone-neutrone, isospin, il deutone.
Decadimenti dei nuclei, attività. Fenomenologia del decadimento gamma, radiazione di multipolo, coefficienti di Weisskopf, fluorescenza
nucleare. Fenomenologia del decadimento alpha, cinematica, curva di stabilità, barriera di potenziale, fattore di Gamow, vita media.
Fenomenologia del decadimento beta, ipotesi del neutrino, teoria di Fermi, diagramma di Kurie,
vita media, elemento di matrice, transizioni Fermi e Gamow-Teller, costante di Fermi, interazioni
deboli. Scoperta del neutrino.
Terza parte:
Reazioni nucleari. Fissione, bilancio energetico della fissione dell'uranio, fissione indotta da neutroni, reattore nucleare. Fusione, i cicli del sole, bi
lancio energetico, nucleosintesi, fusione in laboratorio.
Forze nucleari, modello di Yukawa. Raggi cosmici, componente primaria e secondaria, il positrone, il positronio. Scoperta e proprietà delle particelle, mesoni e barioni, antiparticelle.
Classificazione delle interazioni: nucleari, elettromagnetiche, deboli. Modello a quark, scoperta dei quark
• Gli appunti del corso di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare del Prof. Ceradini saranno resi disponibili sul sito del corso
Il materiale didattico è disponibile in doppia copia sulle piattaforme moodle https://matematicafisica.el.uniroma3.it/course/view.php?id=51 e in sharepoint https://uniroma3.sharepoint.com/sites/ElementidiFisicaNucleareeSubnucleareAA201920. Gli studenti sono pregati di registrarsi su moodle e su teams (https://teams.microsoft.com/l/team/19%3a57c8fc1e646a489894614511aea22a8c%40thread.tacv2/conversations?groupId=b5330848-367f-43b5-ae3c-b75bc4257d05&tenantId=ffb4df68-f464-458c-a546-00fb3af66f6a)
Programma
Prima parte:Il protone, raggi catodici, l’elettrone, massa e carica elettrica. Spettro del corpo nero, costante di Planck, effetto fotoelettrico, raggi X, effetto Compton, il fotone. Modello atomico di Bohr, spettri atomici, momento magnetico, spin dell’elettrone.
Relatività ristretta, trasformazioni di Lorentz, quadrivettori e invarianti relativistici. Energia-impulso, cinematica relativistica.
Sezione d'urto, coefficiente di assorbimento. Diffusione coulombiana, sezione d'urto di Rutherford. Diffusione di radiazione elettromagnetica da una carica, sezione d'urto di Thomson.
Richiami di teoria delle perturbazioni, probabilità di transizione, spazio delle fasi. Legge di decadimento, interazione elettromagnetica, emissione e assorbimento, radiazione di dipolo elettrico e magnetico, regole di selezione. Diffusione di Rutherford, fattore di forma elettrico,
diffusione di carica da momento magnetico, fattori di forma elettrico e magnetico del protone e del neutrone. Diffusione da potenziale centrale, sviluppo in onde parziali, sezione d'urto di diffusione e assorbimento.
Seconda parte:
Proprietà dei nuclei, numero e peso atomico, curva di stabilità, misure di carica, massa e raggio dei nuclei. Statistica, spin e parità dei nuclei, il neutrone. Energia elettromagnetica dei nuclei, sviluppo in multipoli, momento di dipolo magnetico e di quadrupolo elettrico, metodi di misura.
Modello a gas di Fermi, energia cinetica dei nucleoni. Modello a goccia, formula di Bethe-Weizsaeker, nuclei isobari speculari. Numeri magici, modello a strati, interazione spin-orbita.
Stati di energia dei nuclei, stati di spin-parità. Il sistema protone-neutrone, isospin, il deutone.
Decadimenti dei nuclei, attività. Fenomenologia del decadimento gamma, radiazione di multipolo, coefficienti di Weisskopf, fluorescenza
nucleare. Fenomenologia del decadimento alpha, cinematica, curva di stabilità, barriera di potenziale, fattore di Gamow, vita media.
Fenomenologia del decadimento beta, ipotesi del neutrino, teoria di Fermi, diagramma di Kurie,
vita media, elemento di matrice, transizioni Fermi e Gamow-Teller, costante di Fermi, interazioni
deboli. Scoperta del neutrino.
Terza parte:
Reazioni nucleari. Fissione, bilancio energetico della fissione dell'uranio, fissione indotta da neutroni, reattore nucleare. Fusione, i cicli del sole, bi
lancio energetico, nucleosintesi, fusione in laboratorio.
Forze nucleari, modello di Yukawa. Raggi cosmici, componente primaria e secondaria, il positrone, il positronio. Scoperta e proprietà delle particelle, mesoni e barioni, antiparticelle.
Classificazione delle interazioni: nucleari, elettromagnetiche, deboli. Modello a quark, scoperta dei quark
Testi Adottati
• W. E. Burcham and M. Jobes, Nuclear and Particle Physics, Pearson Education, 1994.• Gli appunti del corso di Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare del Prof. Ceradini saranno resi disponibili sul sito del corso
Il materiale didattico è disponibile in doppia copia sulle piattaforme moodle https://matematicafisica.el.uniroma3.it/course/view.php?id=51 e in sharepoint https://uniroma3.sharepoint.com/sites/ElementidiFisicaNucleareeSubnucleareAA201920. Gli studenti sono pregati di registrarsi su moodle e su teams (https://teams.microsoft.com/l/team/19%3a57c8fc1e646a489894614511aea22a8c%40thread.tacv2/conversations?groupId=b5330848-367f-43b5-ae3c-b75bc4257d05&tenantId=ffb4df68-f464-458c-a546-00fb3af66f6a)
Modalità Erogazione
Lezioni frontali alla lavagna, con uso occasionale di slide solo per illustrare distribuzioni sperimentali o apparati particolarmente complessi, intercalate da almeno una seduta di esercitazioni in aula ogni settimana per consolidare l'apprendimento delle nozioni teoriche e preparare le verifiche in itinere e la prova scritta di esame. Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti. In particolare le lezioni si svolgeranno in via telematica, secondo le indicazioni che verranno fornite attraverso il canale di comunicazione di Moodle.Modalità Frequenza
La frequenza non è obbligatoria ma fortemente consigliata specialmente per quanto riguarda le esercitazioniModalità Valutazione
L'esame si articola in una prova scritta della durata di tre ore nelle quale si richiede la soluzione di tre esercizi e in una prova orale finalizzati a verificare il livello di comprensione effettiva dei concetti e la capacità degli studenti di applicarli in contesti reali. Sono previste verifiche in itinere (esoneri) che agevolano l'autovalutazione da parte degli studenti e che se superate consentono l'esonero dall'esame sulla corrispondente parte di programma. Esempi di compiti degli anni precedenti saranno resi disponibili sulla pagina del corso. Nel caso di un prolungamento dell’emergenza sanitaria da COVID-19 saranno recepite tutte le disposizioni che regolino le modalità di svolgimento delle attività didattiche e della valutazione degli studenti. In particolare l'esame scritto+orale sarà sostituito da una prova orale a distanza che prevede anche lo svolgimento di brevi esercizi. Qualora si siano potute svolgere delle prove di esonero su parte del programma in presenza se ne terrà conto.