TEORIA E FENOMENOLOGIA DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2018/2019
Anno di corso: 
1
Anno accademico di erogazione: 
2018/2019
Tipo di attività: 
Obbligatorio a scelta
Lingua: 
Inglese
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' didattica: 
42
Prerequisiti: 

Conoscenze base della teoria quantistica dei campi

Moduli

Metodi di valutazione

Tipo di esame: 
Orale
Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Scritto e orale

Valutazione: 
Voto Finale

Obiettivi formativi

Fornire le conoscenze del Modello Standard, le basi per calcoli di sezioni d’urto e larghezze di decadimento, approfondimenti di fenomenologia delle particelle fondamentali

Contenuti

Introduzione al Modello Standard delle interazioni elettrodeboli e forti: il modello SU(2)xU(1)xSU(3). La rottura spontanea di simmetria, il bosone di Higgs e la fenomenologia delle interazioni forti ed elettrodeboli

Programma esteso

Richiami della connessione tra sezioni d'urto e ampiezze di scattering. Spazio delle fasi per la produzione di n particelle. Matrice S e
teorema ottico. Vincoli di unitarietà. Teoria di interazione a quattro fermioni di Fermi. Legame tra larghezze di decadimento e parte immaginaria dei diagrammi di self energia.
Teorema della Noether. Gruppi abeliani e non abeliani. Gruppi SU(n). Gauging di una simmetria. L'elettrodinamica quantistica (QED) come teoria di gauge abeliana. Costruzione del Modello Standard come teoria di gauge SU(2)xU(1)xSU(3). La lagrangiana del Modello Standard, assegnazione dei campi alle diverse rappresentazioni. Rottura spontanea della simmetria: la lagrangiana di Higgs e di Yukawa. La matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Il termine di fase e la violazione di CP. Il triangolo di unitarietà, masse leptoniche e matrice di Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata (PMNS).
Esempi di calcolo di quantità fisiche: larghezza di decadimento del bosone Z, del bosone di Higgs, la sezione d’urto per e+ e- -> mu+ mu- e gg -> H, teoria di interazioni a 4 fermioni vs. Modello Standard. Scattering di bosoni polarizzati longitudinalmente e violazione dell'unitarietà.
Adroni nello stato iniziale: deep-inelastic scattering (DIS), funzioni di struttura, lo scaling di Bjorken, il "naive parton model", le funzioni di distribuzione partoniche, necessità del colore.
Richiamo delle regole di Feynman per la cromodinamica quantistica (QCD): invarianza di gauge per lo scattering quark-antiquark in gluoni. Algebra di colore.
Richiami di rinormalizzazione in teorie di gauge, abeliane e non abeliane. Infiniti ultravioletti. Beta function in QED e QCD: running della costante di accoppiamento e libertà asintotica.
Singolarità soffici e collineari di stato finale, sezione d'urto totale per e+ e- -> quark antiquark al NLO. Jet di Sterman-Weinberg. Osservabili infrared safe.
Singolarità collineari di stato iniziale. Cancellazione delle singolarità soffici con i contributi virtuali. Funzioni di splitting di Altarelli-Parisi, equazioni DGLAP, risommazione dei logaritmi dominanti, componenti singlet e non singlet. Trasformata di Mellin. Regole di somma.

Bibliografia consigliata

Appunti e note fornite dal docente alla pagina web: http://virgilio.mib.infn.it/~oleari
Ulteriori letture:
An introduction to Quantum Field Theory, M. Peskin, D.V. Schroeder
The Quantum Theory of Fields, S. Weinberg
Foundations of Quantum Chromodynamics, T. Muta
Handbook of perturbative QCD, G. Sterman (www.phys.psu.edu/~cteq/handbook/v1.1/handbook.pdf)
QCD and Collider Physics, K. Ellis, J. Stirling, B. Webber
Applications of Perturbative QCD, R. D. Field
Lezioni sul Modello Standard e QCD tenute da diversi autori al CERN (Academic Training lectures), alla CTEQ school, TASI

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezione frontale (6 CFU)

Contatti/Altre informazioni

La pagina web di riferimento del corso è la pagina personale del docente: http://virgilio.mib.infn.it/~oleari