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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY
Insegnamento
ASTROPARTICLE PHYSICS
SCP7081703, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY
SC2490, ordinamento 2019/20, A.A. 2019/20
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Curriculum Percorso Comune
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese ASTROPARTICLE PHYSICS
Sito della struttura didattica http://astrophysicsandcosmology.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Obbligo di frequenza
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ANTONIO MASIERO FIS/02

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/01 2.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/02 2.0
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/05 2.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2019

Syllabus
Prerequisiti: A parte le nozioni di Relatività e Meccanica Quantistica acquisite nel corso della laurea triennale, il presente corso e' autoconsistente in quanto le necessarie nozioni di base di meccanica quantistica relativistica, teoria dei campi e delle particelle elementari, e di cosmologia verranno fornite durante il corso stesso.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso intende fornire un'approfondita e critica comprensione delle prime fasi del nostro Universo (sino ai primi minuti dopo il Big Bang). A tal fine, porterà ad acquisire conoscenze e competenze che si estendono dalla cosmologia ed astrofisica alla fisica delle particelle elementari. Scopo prinicpale del corso e' mostrare come la connessione tra questi campi di studio porti a fertili risultati nella sinergia tra studio del primo Universo e attuali ricerche di nuova fisica al di là dei Modelli Standard della cosmologia e della fisica delle particelle.
Modalita' di esame: Esame orale.
Criteri di valutazione: 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.
Contenuti: 1) INTRODUZIONE: Universo osservabile e sua espansione, materia oscura, resti del Big Bang.
2) MECCANICA QUANTISTICA RELATIVISTICA: equazioni di Dirac e Klein-Gordon; 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: elettrodinamica quantistica QED); elementi di teoria dello scattering tra particelle elemntari: matrice S, 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; violazione di CP; conservazione dei numeri barionico e leptonico; scoperta del bosone di Higgs ad LHC.
6) FISICA DEL NEUTRINO: masse di Dirac e Majorana; meccanismo see-saw; neutrini massivi nello SM; oscillazione dei neutrini nel vuoto e nella materia; 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): SSB e gerarchia di Gauge, unificazione delle costanti di accoppiamento, decadimento del protone.
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; equazione di Boltzmann; MO fredda 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 del tempo di vita dell'Universo 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); asimmetria barionica e masse dei neutrini: leptogenesi.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Verranno fornite agli studenti note su tutti gli argomenti del corso. In una versione più dettagliata del programma verrà consegnato agli studenti durante lo svolgimento del corso.
Testi di riferimento:
  • Kolb, Edward; Turner, Michael, Early Universe. New York:: Westview Press, 1994. Cerca nel catalogo
  • Perkins, Donald H, Particle astrophysics. Oxford: Oxford University Press,, 2009. Cerca nel catalogo
  • Bergstrom, Lars; Goobar, Ariel,, Cosmology and particle astrophysics. Berlin:: Springer, 2003. Cerca nel catalogo
  • Gorbunov, Dmitry S.; Rubakov, Valery, Introduction to the theory of the early universehot big bang theory. Singapore: World Scientific Publishing Company,, 2011. Cerca nel catalogo