Programma del Corso di Fisica Nucleare e Subnucleare C.d.L. in Fisica - Anno Accademico 2008/09
Prof. Andrea Bizzeti
E richiesta la conoscenza degli argomenti di base indicati nel programma. Gli approfondimenti (evi-` denziati in corsivo) non sono indispensabili al superamento dell’esame. Lo studente pu`o preparare un argomento a piacere da esporre nei primi 10 minuti dell’esame.
Richiami di relativit`a ristretta.
Postulati, evento, intervallo, quadrivettore tempo-posizione, trasformazioni di Lorentz, tempo proprio.
Quadrivettore energia-quantit`a di moto, massa invariante.
Introduzione alla fisica nucleare
Cenni storici: scoperta della radioattivit`a, esperimento di Rutherford ed evidenza del nucleo atomico;
primi modelli nucleari; scoperta del neutrone.
Costituenti del nucleo. Nuclidi; isotopi, isobari, isotoni. Distribuzione dei nuclidi stabili e dei nuclidi radioattivi nel diagramma N-Z.
Caratteristiche del nucleo atomico.
Il raggio nucleare. Distribuzione della carica nucleare e sua misura mediante la diffusione di elettroni;
fattore di forma.
Altri metodi di misura del raggio della distribuzione di carica nucleare: shift isotopico; atomi muonici;
nuclei speculari. Misure del raggio della distribuzione di materia nucleare: diffusione di adroni o di nuclei; decadimento alfa; atomi pionici.
Spettrometro di massa; misura della massa atomica col metodo dei doppietti di massa.
Massa ed energia di legame nucleare; energia di separazione neutronica e protonica; formula semiem- pirica della massa; parabola delle masse per gli isobari; valle di stabilit`a.
Momento angolare, parit`a e momenti elettromagnetici dei nucleoni e dei nuclei. Stati eccitati nucleari.
L’interazione nucleone-nucleone.
Il deutone: energia di legame, spin, parit`a, momenti elettromagnetici; modello a buca di potenziale.
Elementi di teoria dello scattering; sviluppo in onde parziali; ampiezza di scattering e phase shift.
Diffusione elastica nucleone-nucleone a bassa energia. Propriet`a della forza nucleare.
Modelli nucleari.
Modello a goccia. Modello a gas di Fermi ed energia di Fermi.
Numeri magici e modello a shell sferico; stati eccitati di particella singola.
Momenti elettromagnetici e modello a shell; linee di Schmidt. Misura della densit`a di probabilit`a della funzione d’onda del protone 3S1/2 nel 208Pb.
Eccitazioni collettive vibrazionali e rotazionali; nuclei deformati.
Il decadimento radioattivo.
Legge di Soddy; attivit`a, costante di decadimento, vita media e tempo di dimezzamento. Produ- zione e decadimento di nuclei radioattivi. Diramazioni, catene di decadimenti, equilibrio secolare.
Radioattivit`a naturale e serie radioattive.
Misura della costante di decadimento. Radiodatazione.
Elementi di dosimetria e radioprotezione. Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. Grandezze fisiche di interesse dosimetrico.
Il decadimento alfa.
Cinematica del decadimento. Nuclei α-instabili. Tempo di dimezzamento e Q-valore. Teoria di Gamow, Gurney e Condon del decadimento α.
Calcolo del fattore di Gamow. Decadimenti con emissione di nuclei pi`u pesanti (14C).
La fissione nucleare.
Fissione nucleare spontanea ed indotta. Energia di attivazione. Condizioni per la fissione immediata a seguito dell’assorbimento di neutroni.
Caratteristiche dei frammenti di fissione e dei loro prodotti di decadimento. Neutroni ritardati. Prin- cipi di funzionamento di un reattore termonucleare a fissione. Moderazione dei neutroni. Il reattore naturale di Oklo.
Il decadimento beta.
Tipi di decadimento beta. Cinematica: Q-valore, forma dello spettro. Il neutrino.
Teoria di Fermi del decadimento beta. Plot di Fermi-Kurie. Costante di decadimento, log(f t).
Transizioni di Fermi e di Gamow-Teller; decadimenti beta “permessi” e “proibiti”.
Violazione della parit`a nel decadimento beta; elicit`a del neutrino e dell’antineutrino.
Esperimento di Wu et al., esperimento di Goldhaber et al.. Misura della massa del neutrino. Neutrini ed antineutrini: esperimento di Cowan e Reines; esperimento di Davis. Il decadimento doppio-beta.
Il decadimento gamma.
Cinematica: Q-valore, energia del gamma, energia di rinculo del nucleo. Multipolarit`a e regole di selezione. Conversione interna.
Stime di Weisskopf della costante di decadimento. Misura della distribuzione angolare e determina- zione di JP degli stati nucleari eccitati. Catene di decadimento γ di stati eccitati rotazionali.
Emissione e assorbimento gamma; larghezza naturale; allargamento Doppler.
Fluorescenza di risonanza; effetto M¨ossbauer e sue applicazioni.
Reazioni nucleari.
Grandezze fisiche misurabili. Caratteristiche dei fasci. Sezioni d’urto. Quantit`a conservate nelle reazioni nucleari. Q-valore e cinematica della reazione. Produzione di stati nucleari eccitati. Isospin.
Stati analoghi negli isobari e multipletti di isospin.
Diffusione nucleare e modello ottico.
Reazioni dirette e reazioni a nucleo composto. Risonanze; formula di Breit-Wigner.
Interferenza risonanza-continuo. Esempi di risonanze.
Testo consigliato:
• - K.S. Krane, Introductory Nuclear Physics, Wiley 1986 Modena, 30/04/2009
