Relatività ristretta
Esperimento di Michelson-Morley. Trasformazioni di Lorentz. Relatività della simultaneità. Contrazione delle lunghezze e dilatazione del tempo. Tempo proprio. Tensore metrico. Spazio di Minkowski. Principio di causalità. Quadrivettori velocità ed energia-impulso. Energia e massa relativistica. Massa invariante. Cinematica della diffusione elastica ed inelastica, e dei decadimenti. Soglia di una reazione.

Introduzione storica alla fisica nucleare
Scoperta dell’elettrone, del protone, del neutrone. La radioattività. Esperimenti di Thomson, Millikan, Rutherford, Chadwick. Modello atomico di Thomson e Rutherford.

Esperimenti di diffusione
Flusso e intensità di particelle. Sezione d’urto totale e differenziale. Coefficiente di assorbimento e cammino libero medio. Luminosità.
Sezione d’urto Rutherford: calcolo classico e quantistico. Diagrammi di Feynmann: particelle virtuali, costanti di accoppiamento, propagatore. Diffusione elettrone-nucleo. Sezione d’urto Mott. Elicità. Fattore di forma elettromagnetico nucleare: misure sperimentali e calcolo teorico per varie distribuzioni di carica. Stima dei raggi nucleari. Cenni a scattering anelastico elettrone-nucleo.
Diffusione elettrone-nucleone. Sezione d’urto di Rosenbluth. Misura dei fattori di forma elettrico e magnetico dei nucleoni. Misura del raggio del nucleone. Diffusione quasi-elastica elettrone- nucleone. Misura dell’impulso di Fermi.

Modelli nucleari
Difetto di massa e energia di legame. Spettrometro di massa. Linea di stabilità dei nuclei. Formula semi-empirica di massa. Modelli nucleari: a goccia, a gas di Fermi, a shell (potenziali armonico, di Woods-Saxon, spin-orbita). Numeri magici nucleari. Nuclei speculari. Calcolo di spin e parità dei livelli nucleari fondamentali. Momento magnetico anomalo. Momento magnetico nucleare.

Decadimenti radioattivi
La legge del decadimento radioattivo. Misure di vita media. Decadimenti: α, β, γ, cattura elettronica, conversione interna. Sorgenti di radiazione.
Famiglie radioattive naturali. Equilibri nelle catene di decadimento. Datazione radiometrica. Larghezza di decadimento. Distribuzione di Breit-Wigner. Branching ratio. Risonanze nucleari.

Interazione radiazione-materia
Perdita di energia delle particelle cariche pesanti: calcolo di Bohr, formula di Bethe-Bloch, curva di Bragg, energy straggling, range, leggi di scala. Perdita di energia di elettroni: perdita per collisioni, bremsstrahlung. Energia critica. Lunghezza di radiazione. Multiple Coulomb scattering. Radiazione Cherenkov. Interazioni dei fotoni: effetto fotoelettrico, effetto Compton, produzione di coppie. Sciami elettromagnetici. Interazioni dei neutroni. Interazioni adroniche. Sciami adronici. Attenuazione di un fascio di particelle neutre.

Fisica delle particelle
Scoperte di muone, positrone, pione, e V0 nei raggi cosmici. Classificazione delle particelle elementari e interazioni. Leggi di conservazione e simmetrie. Teorema di Noether. Numeri quantici: fermionico, barionico, leptonico e loro conservazione.
Parità in meccanica quantistica. Parità di fermioni e bosone. Verifica della conservazione della parità nelle reazioni nucleari. Violazione di parità nei decadimenti deboli.
Simmetria di isospin. Isospin dei nuclei. Multipletti di isospin. Rapporti fra sezioni d’urto nella diffusione pione-nucleone.

Coniugazione di carica. Elicità dei neutrini. Violazione di CP nelle interazioni deboli. Inversione temporale. Teorema CPT.
Stranezza e ipercarica.
Violazione della stranezza nelle interazioni deboli. Particelle strane: mesoni e iperoni.
Gruppi SU(n). Il modello a quark. Risonanze adroniche. Diffusione inelastica elettrone-nucleone.
 Produzione di leptoni e adroni in collisioni e+e-.
Fattore R e carica di colore. Adronizzazione e jet.