istituzioni di fisica nucleare e subnucleare

CorsodilaureainFisica(L‐30)
Schedadell’insegnamentodiISTITUZIONIDIFISICANUCLEAREESUBNUCLEARE
(Mod.1)
Nomedeldocente:FrancescaRIZZO([email protected])
AnnodicorsoIIIPeriodoI‐IISemestre
Settorescientifico‐disciplinareFIS/04
CFU6ore:48
Eventualipropedeuticità:
Conoscenzadelleleggidellameccanicaedell’elettromagnetismo.
Knowledgeofmechanicsandelectromagnetismlaws.Elementsofquantummechanics.
N.B.: Se concordato con gli studenti e/o in presenza di studenti stranieri, frequentanti
nell’ambito di accordi Erasmus o di accordi quadro internazionali, il corso sarà tenuto in
linguainglese
Obiettivi formativi: Conoscenza del nucleo atomico e dei modelli per la sua
rappresentazione. Condizione di stabilità e instabilità nucleare. Legge del decadimento
radioattivo. Decadimenti alfa, beta, gamma. Conoscenze basi per lo studio delle collisioni
nucleari:bilancioenergetico,cinematicamisuradellasezioned’urtosperimentale.
Knowledgeof the atomic nucleus and models for its representation. Stability and instability
nuclearconditions.Lawofradioactivedecay.Alpha,betaandgammadecays.Baseknowledge
forthestudyofnuclearcollisions:energybalance,kinematicandexperimentalcrosssection
measurements.
Conoscenzaecapacitàdicomprensione(knowledgeandunderstanding).
Comprensione critica dei principali concetti alla base della Fisica del Nucleo. Comprensione
dei metodi di deduzione dei meccanismi fisici fondamentali che avvengono nelle
trasformazioni che coinvolgono i nuclei atomici (decadimenti alfa, beta, gamma e reazioni
nucleariindottedafascidiioniaccelerati).
Capacitàdiapplicareconoscenzaecomprensione(applyingknowledgeandunderstanding)
Capacità diutilizzarelecompetenzeacquisiteinulterioristudidellafisicanucleareteoricae
sperimentale.
Abilitàcomunicative(communicationskills).
Competenzenellacomunicazionenell’ambitodellaFisicaNuclearedibase.
Capacitàdiapprendimento(learningskills).
Acquisizionediadeguatistrumenticonoscitiviperl'aggiornamentocontinuodelleconoscenze
edellacapacità diaccedereallaletteraturaspecializzatanelcampodellaFisicaNucleare.
Programmadelcorso:
Ilnucleoatomico.Costituzionedelnucleo.Formulasemiempiricadellemasse(Weisszacher).
Considerazionigeneralisullastabilitàedinstabilitànucleare.Decadimentoradioattivo.Legge
deldecadimentoradioattivo.Costantedidecadimento,tempodidimezzamento,vitamedia.
Metododidatazioneconil14C.
ModelliNucleari:Modelloagoccialiquida.ModelloagasdiFermi.Modelloashell.Livelli
energetici.Interazionedispin‐orbita.NumeriMagici.Decadimentoalfa.Trasmissione
attraversounabarriera.EffettoTunnel.Decadimentobeta.Strutturadeglispettriinenergia:
end‐pointeneutrino.TeoriaelementarediFermiperildecadimentobeta.Decadimento
gamma.Energeticaneldecadimentogamma.Originedellatransizionegammae
classificazioneinbaseallamultipolaritàetipo.Leggidiconservazionedelmomentoangolare
edellaparitànelletransizionigamma.
Momentinucleari.Momentoangolareorbitaleedispin.Momentodidipolomagnetico.
MagnetonediBohr.Magnetonenucleare.Momentomagneticodelnucleoneedelnucleocon
A‐pari.LineediSchmidt.
Momentidimultipoloelettricodeinuclei.Momentodiquadrupoloelettricoenuclei
deformati.Cennisulmodellocollettivo:banderotazionalievibrazionali.Cennisulmodello
unificato:livellidiNilsson.
Collisioniereazioninucleari.Q‐valore.Cinematicaa2corpi:studionelsistemadiriferimento
dellaboratorioenelC.M.Energiadisoglia.Definizionedisezioned’urto.Sez.d’urtoelastica,
inelasticaedireazione.Sez.d’urtodifferenziale.Angolosolido.Cennisuimeccanismidi
reazionediretteedinucleocomposto.Risonanzenellasezioned’urtodinucleocomposto.
FormuladiBreit‐Wigner.Misuradellasezioned’urtodifferenzialesperimentale.Cennisugli
AcceleratoridiparticelleperlaFisicaNucleare.Cennisull’applicazionedellaFisicaNucleareai
BeniCulturali.ElementidiFisicaSubnucleare
Programofthecourse:
Theatomicnucleus.Constitutionofthenucleus.Semi‐empiricalmassformula(Weisszacher).
Generalconsiderationsonthenuclearstabilityandinstability.Radioactivedecay.Lawof
radioactivedecay.Decayconstant,halflife,averagelife.C14datingmethod.
Nuclearmodels:liquiddropmodel.Fermigasmodel.Shellmodel.Energylevels.Spin‐orbit
interaction.MagicNumbers.Alpha‐particledecay.Transmissionthroughabarrier.Tunnel
effect.Beta‐particledecay.Structureofthebetaenergyspectra,end‐pointsandneutrino
mass.Fermielementarytheoryofbetadecay.Gamma‐raydecay.Originofthegamma
transitionanditsclassificationaccordingtothemultipolarity.Angularmomentumandparity
selectionrules.Nuclearmoments.Orbitalangularmomentumandspin.Magneticdipole
moment.Bohrmagneton.Nuclearmagneton.MagneticmomentfornucleonandforwithA‐
oddnucleus.Schmidtlines.Electricmultipolemomentsofnuclei.Electricquadrupolemoment
anddeformednuclei.Thecollectivemodel:rotationalandvibrationalbands.Unifiedmodel
fornucleus:Nilssonlevels.
Nuclearcollisionsandreactions.Q‐value.2‐bodykinematics:astudyinthelaboratoryframeo
andintheCenterofMassframe.Thresholdenergy.Definitionofcrosssection.Elasticand
inelasticcrosssection.Differentialcrosssection.Solidangle.Directandcompoundnucleus
reactionmechanisms.Resonancesinthecrosssectionofcompoundnucleus.Breit‐Wigner
formula.Measurementoftheexperimentaldifferentialcrosssection.ParticleAcceleratorsfor
NuclearPhysics.NuclearPhysicsapplicationsonCulturalHeritagefield.
SubnuclearPhysicsElements
Attivitàdidattichepreviste:Lezionifrontali
Risorseetesti:Lepresentazioni(pptopdf)utilizzatedurantelelezionisarannodistribuite
aglistudenti.
TestiConsigliati(inordinealfabetico)
 H.A.Enge:IntroductiontoNuclearPhysics(AddisonWesleyPub.Co.)
 K.S.Krane:IntroductoryNuclearPhysics(J.Wiley&Sons)
 J.S.Lilley:NuclearPhysics‐PrinciplesandApplications(J.Wiley&Sons,Ltd)
 B. Povh, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche: Particelle e nuclei. Un' introduzione ai concetti
fisici(BollatiBoringhieri)
 W.S.C.Williams:NuclearandParticlePhysics,(ClaredonPress,Oxford)
Orariodellelezioni:Mar11,00–13,00;Gio12,00–14,00
Metodiecriteridivalutazionedell’apprendimento:
La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale. Attraverso domande
relativeapuntiqualificantidellevariepartidelprogrammasitendeadaccertareillivellodi
conoscenzacomplessivaacquisitadalcandidato,lasuacapacitàdiaffrontarecriticamentegli
argomentistudiatiedimettereincorrelazionelevariepartidelprogramma.
Criteriperl’attribuzionedelvotofinale:
Allaformulazionedelvotofinaleconcorrerannoinegualmisuralapadronanzamostratanelle
argomentazioniqualitativeequantitative,lavisionecriticadegliargomentiaffrontatidurante
ilcorsoelacapacitàdimettereincorrelazionelevariepartidelprogramma.