Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
PHYSICS ORD. 2017

Astroparticle physics

6

Physics of the Universe

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 0 0 85

Periodo

AnnoPeriodo
I anno2 semestre

Frequenza

Facoltativa

Erogazione

Lingua

Inglese

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
26/02/201801/06/2018

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
affine/integrativo Nessun ambitoFIS/026


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof. PARADISI PARIDEFIS/02Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"

Altri Docenti

Non previsti

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste

Bollettino

Il corso è autoconsistente in quanto le necessarie basi di meccanica quantistica relativistica, teoria dei campi e relatività generale verranno fornite durante il corso.

Una piena comprensione delle primissime fasi del nostro Universo durante i primi secondi dopo il Big Bang, richiede non soltanto conoscenze di cosmologia ed astrofisica ma anche di fisica delle particelle elementari. Scopo del corso e' fornire una visione di insieme di queste discipline attraverso un' introduzione dei Modelli Standard cosmologico e delle particelle elementari.

Lezioni frontali.

1) INTRODUZIONE: Universo osservabile e sua espansione, materia oscura, resti del Big Bang. 2) MECCANICA QUANTISTICA RELATIVISTICA: equazioni di Dirac e Klein-Gordon; limite non-relativistico; antiparticelle e loro proprietà; simmetrie discrete: P, T, C ed teorema CPT. 3) TEORIA QUANTISTICA DEI CAMPI: campi di Klein-Gordon, Dirac ed elettromagnetico; connessione spin-statistica; teorema di Noether; tensore energia-impulso; interazione radiazione-materia: derivata covariante e QED; teoria dello scattering: matrice S, funzioni di Green, propagatori, regole di Feynman, sezioni d'urto e tassi di decadimento. 4) ROTTURA SPONTANEA DI SIMMETRIA (SSB): SSB di simmetrie discrete e globali continue: il teorema di Goldstone; SSB di simmetrie locali continue: meccanismo di Higgs; SSB a temperatura finita. 5) IL MODELLO STANDARD (SM) DELLE PARTICELLE: teoria di Fermi; teoria (V-A) x (V-A); teoria di Yang-Mills; teoria elettrodebole standard; SSB della simmetria elettrodebole; spettro di massa ed interazioni tra particelle; matrice CKM; meccanismo GIM; violazione di CP; gruppo di sapore dello SM: conservazione dei numeri barionico e leptonico (di famiglia); scoperta del bosone di Higgs ad LHC. 6) FISICA DEL NEUTRINO: masse di Dirac e Majorana; meccanismo see-saw; neutrini massivi nello SM; matrice PMNS; meccanismo GIM e tasso di decadimento di mu->e gamma; doppio decadimento beta senza neutrini; oscillazione dei neutrini nel vuoto e nella materia: effetto MSW; neutrino solari ed atmosferici; violazione di CP; esperimenti di oscillazioni dei neutrini; neutrini da Supernovae. 7) OLTRE IL MODELLO STANDARD: teorie di grande unificazione (GUTs); modello SU(5): SSB e gerarchia di Gauge, unificazione delle costanti di accoppiamento, decadimento del protone, masse ed angoli di mescolamento fermionici; SO(10) ed il meccanismo see-saw. 8) RELATIVITÀ GENERALE: principio di equivalenza; spazio-tempo curvo; tensore energia-impulso; equazioni di Einstein, soluzione di Schwarzschild. 9) MODELLI COSMOLOGICI: modello di de Sitter; modello standard cosmologico; metrica FLRW; equazioni di Friedmann; costante cosmologica. 10) TERMODINAMICA DELL'UNIVERSO PRIMORDIALE: equilibrio termodinamico; entropia; temperature di disaccoppiamento. 11) MATERIA OSCURA (MO): evidenze osservative; congelamento e MO; equazione di Boltzmann; MO fredda, bollente e calda; particelle massive debolmente interagenti (WIMPs); candidati di MO in fisica delle particelle; limiti cosmologici sulle masse dei neutrini; ricerche dirette ed indirette di MO. 12) INFLAZIONE: problemi dell'orizzonte, della piattezza e dei monopoli del modello BIG BANG standard; meccanismo dell'inflazione; fluttuazioni quantistiche dell'inflatone; modelli di inflazione; energia oscura. 13) BARIOGENESI: condizioni di Sakharov; interazioni che violano i numeri barionico (B) e leptonico (L); violazione di B e L nello SM via anomalie; conservazione di B--L nello SM; meccanismo elettrodebole; violazione di B in GUTs; generazione di asimmetrie in decadimenti di particelle; asimmetria barionica e masse dei neutrini: leptogenesi.

Esame orale.

La valutazione della prova orale si baserà sul grado di comprensione degli argomenti affrontati a lezione e sulla capacita' di esporli in maniera logica e coerente.

Perkins, Donald H., Particle astrophysics. Oxford: Oxford University Press, 2009 Gorbunov, Dmitry S.; Rubakov, Valery, Introduction to the theory of the early universehot big bang theory. Singapore: World Scientific Publishing Company, 2011 Kolb, Edward; Turner, Michael, Early Universe. New York: Westview Press, 1994 Bilenʹkij, Samoil, Introduction to the physics of massive and mixed neutrinos. Berlin: Springer, 2010 Giunti, Carlo; Kim, Chung Wook, Fundamentals of neutrino physics and astrophysics. Oxford: Oxford University Press, 2007 Cheng, Ta-Pei; Li, Ling-Fong, Gauge theory of elementary particle physics. Oxford: Clarendon Press, 1984 Schwartz, Matthew Dean, Quantum field theory and the standard model. Cambridge: Cambridge univ. press, 2014 Peskin, Michael E.; Schroeder, Daniel V., An introduction to quantum field theory. Reading: Mass., Addison-Wesley, 1995 Bjorken, James D.; Drell, Sidney D., Relativistic quantum mechanics. New York: McGraw-Hill, 1964 Bergstrom, Lars; Goobar, Ariel, Cosmology and particle astrophysics. Berlin: Springer, 2003

Verranno fornite agli studenti dettagliate note su tutti gli argomenti del corso. In una versione più dettagliata del programma, che verrà consegnato agli studenti ad inizio corso, saranno indicati i paragrafi o capitoli dei testi di riferimento dove la trattazione dei vari argomenti del corso ha preso maggiormente spunto.