Lo studente acquisirà le basi della fisica nucleare e subnucleare attraverso lo studio delle principali scoperte che hanno contribuito alla moderna visione del nucleo atomico, delle particelle elementari e delle loro interazioni. Sarà in grado di trattare tali fenomeni sia sul piano fenomenologico, sia su quello delle tecniche di rivelazione e di accelerazione delle particelle che sono normalmente usate. 

Al termine del corso sarà in grado di utilizzare la cinematica relativistica per analizzare le reazioni di produzione e i decadimenti delle particelle, saprà mettere in relazione conteggi e sezioni d'urto, saprà applicare le regole di selezione che derivano dalla conservazione dei numeri quantici. 

- Sono indispensabili le conoscenze di Meccanica e di Elettromagnetismo, acquisite nei corsi dei primi anni della laurea triennale in Fisica. 

- E' anche indispensabile una padronanza della Relatività Speciale, studiata nei corsi di Meccanica Analitica e Relativistica e sviluppata anche nel corso di Elettromagnetismo.

- E' importante che si abbiano conoscenze di base di Meccanica Quantistica (funzioni d’onda, equazione di Schroedinger) e di Meccanica Statistica (spazio delle fasi)

Introduzione storica: la scoperta della natura corpuscolare della materia; esperimenti storici (scoperta dell’elettrone, quantizzazione della carica elettrica, esperimento di Rutherford e struttura atomica); quadro attuale; Unità di misura naturali.

Cinematica relativistica: energia e momento delle particelle relativistiche; sistemi di particelle, massa invariante; soglia di una reazione; scattering elastico; decadimento in due corpi; la scoperta del protone e del neutrone. 

Reazioni e decadimenti: sezione d’urto di una reazione; coefficiente di assorbimento; sezione d’urto differenziale; caso della sezione d’urto di Rutherford; vita media e larghezza di decadimento, branching ratio; distribuzione di Breit-Wigner; attività, dose e loro unità; trattazione quantistica di reazioni e decadimenti: regola d’oro di Fermi; applicazione alla sezione d’urto e ai decadimenti. 

Interazione radiazione materia: Perdita di energia per ionizzazione: formula di Bethe-Bloch; range e picco di Bragg; diffusione multipla nel mezzo. Perdita di energia per elettroni e positroni; perdita di energia per bremsstrahlung; effetto Cerenkov; Interazione di fotoni con la materia: effetto fotoelettrico, effetto Compton e produzione di coppie; Sciami elettromagnetici; Interazioni di neutroni con la materia; Cenni agli sciami adronici. 

Rivelatori di particelle: aspetti generali; misura del momento in campo magnetico; l’identificazione delle particelle; calorimetri; rivelatori Cerenkov. 

Acceleratori di particelle: acceleratori lineari; il ciclotrone; il sincrotrone; il betatrone; la radiazione di sincrotrone; cenni allo stato attuale.

Fisica nucleare; dimensioni del nucleo; costituenti del nucleo; masse ed energie di legame: calcolo con il modello a goccia; formula di Bethe-Weizsacker; modello a gas di Fermi e modello a shell (cenni); decadimenti alfa: fenomenologia e teoria di Gamow; decadimento beta: teoria di Fermi, massa del neutrino; decadimento gamma; equilibrio tra specie radioattive; fissione nucleare e reattori nucleari (cenni); fusione nucleare, cicli primari nel sole.

Fisica Subnucleare: Interazioni fondamentali, teoria di Yukawa e concetto di mediatore delle forze; le antiparticelle; Scoperta di nuove particelle: il positrone, il muone e il pione, le particelle strane, la struttura degli adroni, l’antiprotone, il neutrino, le risonanze adroniche; Simmetrie e invarianze; il teorema di Noether; le simmetrie discrete: parità, esperimento di Wu e violazione della parità, coniugazione di carica, time reversal e teorema CPT; l’isospin, conservazione dell’isospin nei processi forti; il modello a quark. Quadro attuale della fisica delle particelle: il modello standard (cenni).

C. Bini, dispense "Lezioni di Fisica Nucleare e Subnucleare"

R. Paramatti, E. Longo "Dispense di Cinematica Relativistica"

C.Bini "Complementi di Meccanica per Laboratorio", dispense.

K. Krane, "Introductory Nuclear Physics", John Wiley & Sons 

C. A. Bertulani, "Nuclear Physics in a nutshell", Princeton University Press

F. Terranova, "A modern primer in Particle & Nuclear Physics", Oxford University Press

R. Cahan, G. Goldhaber, "The experimental foundations of Particle Physics"

A. Das, T. Ferbel, "Introduction to Nuclear and Particle Physics"