Fisica del nucleo

Fisica del nucleo

Roberto Serino

Indice

• Introduzione
• Richiami e complementi matematico-fisici
  • Funzioni e equazioni vettoriali della fisica matematica
  • Dinamica in campi centrali
  • Teoria quantistica della diffusione elastica e inelastica
  • Sistemi quantistici a molti corpi: Hartree e Hartree-Fock
  • Seconda quantizzazione
  • Trasformazioni canoniche e quasi particelle
  • Quantizzazione del campo EM e generalizzazione
• Fenomenologia del nucleo atomico
  • Composizione/proprietà dei nuclei e della materia nucleare
    • Dimensioni
    • Densità
    • Momento angolare
    • Stati instabili ed eccitati
    • Momenti di multipolo EM
• Interazione nucleare forte
  • Struttura generale della forza nucleare forte da argomenti di simmetria
  • Studio delle proprietà della forza nucleare forte dall'interazione nucleone-nucleone
  • Stati legati: il deuterone
  • Scattering nucleone-nucleone
  • Invarianza di carica e spin isotopico
  • Modello di Yukawa: interazione nucleare forte per scambio di mesoni
  • Determinazione perturbativa del potenziale nucleare dall'interazione nucleone-pione
• Modelli di struttura del nucleo
  • Aspetti generali: approccio di particella singola e fenomeni collettivi
  • Modello a goccia: liquido e formula di Weizsäcker per le masse nucleari
  • Modello a nucleoni liberi
  • Modello shell
    • Soluzione per campi di forza notevoli
    • Determinazione dei numeri magici
  • Effetti collettivi: vibrazioni, rotazioni, effetti di pairing e superconduttività nucleare
• Emissione γ
  • Teoria quantistica dell'emissione di radiazione EM
  • Applicazioni alle proprietà generali delle emissioni per diseccitazione γ
  • Regole di selezione ed emissione di ordine superiore
  • Conversione interna
• Decadimento α ed emissione di nucleoni/nuclei
  • Fenomenologia del decadimento α e dell'emissione di nucleoni
  • Descrizione teorica dell'attraversamento di una barriera di potenziale classicamente proibita
  • Soluzione per casi semplificati e teoria quantica di Gamow
  • Fissione spontanea
• Interazione debole e decadimento β
  • Fenomenologia del decadimento β
  • Descrizione teorica
    • Aspetti cinematici generali
    • Teoria di Fermi del decadimento β
    • Interazione debole
    • Struttura generale della probabilità di emissione β
    • Proprietà generali dell'elemento di matrice di transizione
    • Derivazione dell'elemento di matrice di transizione nell'approssimazione NR
• Reazioni nucleari
  • Applicazione della teoria generale della diffusione dualistica allo studio delle reazioni nucleari
  • Formule generali per la sezione d'urto di reazione
  • Modello del nucleo composto
  • Risonanze nucleari: Formule di Breit-Wigner
  • Fissione nucleare
  • Fusione nucleare
  • Reazioni nucleari dirette
• Cenni alla fisica delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali

Introduzione

Lezione 21/02/22

Introduzione: definizione, terminologia, costanti, grandezze e unità della fisica nucleare. Il nucleo è un sistema fisico composto da costituenti: protoni e neutroni. "Composto" vuol dire legato. Protoni e neutroni sono detti nucleoni. Un sistema è legato se ci sono dei costituenti ed è presente un legame tra loro. Un singolo nucleo è detto nuclide.

X è il nome dell’elemento. _ZX^A → _ZAX è il numero di protoni (legato a X). È detto numero atomico. A è il numero di massa. A = Z + N. N è il numero di neutroni nel nucleo.

La massa di un nucleo è uguale alla somma della massa dei costituenti? No! Bisogna aggiungere il difetto di massa. M_X = Σ m_p + N m_n - 1/c² E_L. E_L = Energia di Legame.

Gli isotopi sono nuclei (non atomi!) con stesso Z e diverso A. L’idrogeno ha: prozio, deuterio e trizio.

Quanti nuclei esistono in natura? Ci sono 92 elementi naturali e bisogna considerare gli isotopi di ognuno. Bisogna considerare anche la radioattività e si potrebbero trovare nuclei instabili che evolvono e decadono verso nuclei più stabili.

Consideriamo qualche definiz...