Lev Borisovič Okun. Leptoni e quark. Editori Riuniti university press

Documenti analoghi
Programma del corso di Particelle Elementari

Problemi attuali di fisica delle particelle

Il curriculum magistrale in Fisica Teorica

La Fisica Teorica delle Interazioni Fondamentali

Fisica delle Interazioni Fondamentali. All'inizio del '900 due grandi rivoluzioni scientifiche. Meccanica Quantistica. Relatività Ristretta

Itinerario del viaggio

Teoria dei campi perturbativa e fenomenologia ai colliders

Si articola (v. Guida Studente) in due percorsi principali:

Modello Standard e oltre. D. Babusci MasterClass 2007

I Neutrini e l'asimmetria tra la materia e l'antimateria nell'universo

Sviluppi recenti della fisica sub-nucleare

Prospettive future, oltre il modello standard?

Perché LHC? Breve viaggio nella fisica delle particelle. Paolo Gambino Università di Torino. Prali 24/4/2010 1

Programma del corso di FNSN II AA ( 9 Crediti)

Dipartimento di Fisica anno accademico 2015/16 Registro lezioni del docente GABRIELLI EMIDIO

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA. REGISTRO DELLE LEZIONI (di cui all art. 39 del Regio Decreto 6 aprile 1924, n. 674)

Fisica Nucleare e Subnucleare

Il Modello Standard delle particelle. Vittorio Del Duca INFN LNF

G.V. Margagliotti. Appunti di Introduzione alla Fisica Nucleare e Subnucleare a.a. 2017/18

Premio Nobel per la Fisica 2013 François Englert, Peter W. Higgs

Concezio Bozzi INFN Ferrara 5 dicembre 2012

All'inizio del '900 due grandi rivoluzioni scientifiche. Relatività Ristretta. Meccanica Quantistica (più tardi anche Relatività Generale)

Introduzione al Modello Standard

Le Stringhe alla base del nostro Universo

Il Modello Standard delle particelle

L'esperimento ATLAS a LHC: risultati e prospettive. Domizia Orestano Universita' Roma Tre e INFN SIF 23/9/2013

Le Interazioni Fondamentali delle Particelle Elementari

L Unificazione delle Forze: E Possibile? Gianfranco PRADISI Dipartimento di Fisica

20 giugno La sezione d urto invariante impolarizzata per il processo (1) è

FISICA TEORICA DELLE ALTE ENERGIE IN SAPIENZA

Modello Standard delle particelle elementari

Il Modello Standard delle particelle elementari

Verso una teoria del tutto: La teoria delle stringhe

Introduzione al Modello Standard

Teoria delle interazioni fondamentali Ricerca e Didattica a Pavia

Ricerca del Bosone di Higgs

La freccia del tempo nella fisica delle particelle elementari Alberto Lusiani

Bosone. Particella a spin intero, che obbedisce alla statistica di Bose-Einstein, che è opposta a quella di Fermi-Dirac.

Problema Cosmologico e Modello Standard Fernando Palombo

DOMANDE PER CAPIRE LA FISICA

Attualità del Pensiero di Nicolò Dallaporta in Fisica delle Particelle Elementari

Giovanni Ridolfi. Professore ordinario

Indice. Convenzioni usate nel testo. Introduzione SULLE SPALLE DEI GIGANTI: L'ANTIMATERIA E LA FISICA DEL XX SECOLO

L esperimento LHCb al CERN

Oggi è già domani. La fisica dopo il bosone di Higgs. di Guido Altarelli 4 > 5

Introduzione generale alla fisica. Maximiliano Sioli CdL Matematica

Problemi per il corso di teoria delle interazioni fondamentali gennaio 2013

L'origine della massa e il bosone di Higgs. Massimo Casarsa Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Trieste

Introduzione all esperimento LHCb e all analisi dei dati. Lucio Anderlini Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Firenze

L Higgs. Giorgio Chiarelli Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Pisa

Le nuove sfide della fisica fondamentale: Quarks, neutrini e bosoni di Higgs a Capri

IL MODELLO STANDARD DELLE PARTICELLE ELEMENTARI E IL SUO SUPERAMENTO DIPARTIMENTO DI FISICA E GEOLOGIA 17 MARZO 2016 PERUGIA SIMONE PACETTI

Problemi per il corso di teoria delle interazioni fondamentali giugno 2005

s at a ica Teoria del Big Bang Teoria inflazionaria Energia Oscura

Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. A. Andreazza. Guida allo studio

Particelle e Interazioni Fondamentali

Concezio Bozzi INFN Ferrara 15 novembre 2011

Fabrizio Frezza Compendio di campi elettromagnetici

Seminari di Fisica Dipartimento di Fisica dell Universita di Torino 27 novembre Alessandro Bottino INFN/Università di Torino

Andrea Loi Introduzione alla Topologia generale

Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. A. Andreazza. Lezione 14. Il Modello Standard

PROF. ROBERTO BATTISTON CURRICULUM VITAE VERSIONE SINTETICA

Introduzione: Concetti fondamentali della Fisica delle Particelle e Modello Standard

Particelle, Relatività e Meccanica Quantistica

Fisica sperimentale delle collisioni di protoni. Davide Valsecchi PhD Milano-Bicocca

Alberto Filipuzzi. Modello standard e verifiche sperimentali di θ W da DIS di ν

La Fisica del Microcosmo

Simmetrie e invarianze nel mondo dei costituenti elementari

Presentazione. 24/10/2013 1

Introduzione. (Appunti per il corso di Fisica Nucleare e Subnucleare 2018/19) Fiorenzo Bastianelli

Chiara Mariotti INFN-Torino settembre 2014, CERN

perche cercarla? Ricerche al Large Hadron Collider del CERN Biblioteca Civica Archimede Settimo Torinese, 16 aprile 2012

Grazie ai Colleghi di Geometria del Dipartimento di Matematica dell Università degli Studi di Torino per il loro prezioso contributo. Grazie al Prof.

1 Interazioni tra campi, teorie di Fermi e di Yukawa

L Infinito, l Elettrone e la Stringa

Vincenzo Marinello Eserciziario di statistica economica e contabilità nazionale

Oltre le metriche tradizionali: come muoversi in uno spazio di possibilità e incertezza imparando a coglierne i vantaggi

patterns di particelle

Higgs, il bosone sopravvissuto (ovvero quanto è dura rompere una simmetria)

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BARI

Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. A. Andreazza. Lezione 19. Il Modello Standard

Il Modello Standard. Introduzione alle particelle elementari ed alle forze fondamentali

Istituzioni di Fisica Nucleare e Subnucleare Prof. A. Andreazza. Introduzione

I Corsi di Laurea in Fisica dell Universit. Università di Palermo

Fisica delle particelle oggi Il Modello Standard and Beyond

Theory Italiano (Italy)

Corso di Fenomenologia delle Interazioni Fondamentali LM in Fisica, AA Silvia Arcelli

Ricerche di Fisica Teorica nella Sezione INFN di Roma

Le basi del Modello Standard

International Masterclasses 2017 Il Bosone Z. Prof. Camilla Di Donato Dott. Paolo Massarotti

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI BARI

FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE II

Alla scoperta dei bosoni W e Z: dal collider protone-antiprotone al Large Hadron Collider

UNIVERSO SPECULARE (MIRROR UNIVERSE)

Particelle e interazioni fondamentali

Le particelle elementari e la fisica di frontiera a LHC

Relazione Sull Attività Svolta Durante il Primo Anno di Dottorato di Ricerca in Fisica (XIX Ciclo)

Il modello standard, teoria delle stringhe, cosmologia, e molto altro

Transcript:

Lev Borisovič Okun Leptoni e quark Editori Riuniti university press

I edizione in questa collana: giugno 2011 Titolo originale: Leptony i kwarki Traduzione di Marcella Diemoz e Egidio Longo Copyright Edizioni Mir, Mosca 1986 Copyright Editori Riuniti Roma, 1994 Copyright Editori Riuniti University Press, 2011 di Gruppo Editoriale Italiano srl - Roma ISBN 978-88-6473-218-3 www.editoririunitiuniversitypress.it

8 Prefazione alla presente edizione 9 Prefazione all edizione russa 3

4

5

6

7

Prefazione alla presente edizione Sono passati trent anni dalla pubblicazione di Leptoni e quark. Il successo della versione italiana, tradotta dal russo cinque anni dopo, ma ormai esaurita, ha convinto gli Editori Riuniti university press a fare una ristampa. Naturalmente i cambiamenti sostanziali avvenuti nella fisica delle particelle elementari in questi tre decenni suggeriscono di sottolineare i capitoli del libro che maggiormente sono stati toccati. Nel 1990 Okun, nella II edizione del libro (disponibile solo nell edizione russa), descrive quanto accaduto dal punto di vista sperimentale e teorico negli anni 80 e l impatto sui relativi capitoli del libro. Riteniamo utile riportare quanto l autore scrive nella prefazione: Il manoscritto della I edizione del libro era praticamente pronto alla fine degli anni 70. L evento più importante avvenuto negli anni 80 nella fisica delle particelle elementari è la scoperta dei bosoni W e Z. La scoperta, così come gli studi seguenti delle proprietà dei bosoni vettoriali, hanno confermato senza ambiguità le predizioni della teoria elettrodebole descritte nel libro. Il testo, per quanto riguarda la teoria elettrodebole, è stato aggiornato: mentre nella I edizione le proprietà dei bosoni W e Z sono descritte come attese, nella II sono descritte come confermate. L evento più importante che non è accaduto in questi anni è la scoperta del bosone di Higgs, ancora non rivelato sperimentalmente. La scoperta di questa particella è il punto fondamentale della fisica delle alte energie. Sfortunatamente le predizioni teoriche non sono diventate più precise, e neanche i modelli di Grandunificazione hanno avuto conferme sperimantali, di conseguenza i capitoli del libro non sono stati modificati. Grandi progressi sono stai fatti negli anni 80 negli studi sperimentali delle nuove particelle scoperte nel precedente decennio: il leptone tau, gli adroni con charm, i mesoni B. Tuttavia vi sono state sorprese: è stata confermata la grande variabilità delle vite medie dei mesoni con charm, la vita media del mesone B e l ampiezza delle sue oscillazioni si è rivelata inaspettatamente grande, la massa del quark t si è rivelata inaccessibilmente grande, e mentre questo non influiva sui dettagli della teoria descritta nel libro, la gran quantità di risultati sperimentali ha richiesto una significativa riscrittura dei capitoli dedicati a queste particelle. Quanto è accaduto nei due decenni seguenti ha due aspetti differenti. Da un lato il quark t è stato scoperto e una grande quantità di risultati sperimentali ha confermato pienamente quello che viene correntemente chiamato il modello standard delle interazioni fondamentali fissando con notevole precisione, usando anche considerazioni teoriche, gran parte dei parametri liberi quali le masse dei quark, dei leptoni e dei bosoni intermedi, le costanti di accoppiamento e gli angoli di mixing di Cabibbo-Kobayashi- Maskawa. D altra parte il bosone di Higgs non è ancora stato scoperto e, come detto sopra da Okun, resta sempre il primo nella lista delle priorità della fisica delle alte energie. Similmente non ci sono state conferme ai modelli di Grandunificazione ne si è avuta evidenza dell esistenza di particelle supersimmetriche. L entrata in funzione del Large Hadron Collider del Cern potrà probabilmente chiarire qesta situazione. Si è deciso di non aggiornare il capitolo 30 «Tavola dei valori sperimentali» come invece era stato fatto nella prima edizione del 1986. La mole di dati non lo permetterebbe e, forse, non sarebbe neanche utile dato che il sito internet del Particle Data Group, http://pdg.lbl.gov è la referenza più completa ed aggiornata per quanto riguarda le proprietà delle particelle elementari. Per concludere si può certamente dire che, dal punto di vista teorico, il libro conserva intatta tutta la sua validità di testo introduttivo alla teoria delle interazioni deboli delle particelle elementari. Federico Rapuano 8

Prefazione all edizione russa Questo libro è una introduzione alla teoria delle interazioni deboli delle particelle elementari. È basato sulle lezioni che impartisco presso l Istituto di Fisica Teorica e Sperimentale, agli studenti dell indirizzo di Fisica sperimentale delle alte energie del quinto corso dell Istituto Fisico-Tecnico di Mosca. Il libro è nato con lo scopo di delineare lo stato attuale della teoria delle interazioni deboli e le sue prospettive per gli anni 80. Volevo anche rendere familiari al lettore alcune semplici tecniche teoriche, il calcolo delle frequenze di decadimento, delle sezioni d urto, delle corre In un certo senso, la prima parte del libro (capp. 1-17) può essere considerata un illusione teorica delle ben note tavole delle particelle elementari, le cosiddette «Tavole di Rosenfeld», un estratto delle quali viene fornito alla fine del libro (cap. 30). Durante le lezioni gli studenti tengono queste tavole sui loro banchi e il risultato dei calcoli viene confrontato con i corrispondenti dati sperimentali. Questa stessa procedura viene raccomandata anche al lettore. La seconda parte del libro è principalmente un introduzione alla teoria di gauge unificata delle interazioni elettrodeboli (capp. 18-24). In questa parte si descrive il meccanismo di Higgs di rottura spontanea della simmetria e si discutono le proprietà previste per i bosoni intermedi e di Higgs. L accento è posto più sull aspetto fisico che su quello formale della teoria di gauge. In particolare viene discusso in dettaglio il ruolo delle correnti conservate e dei bosoni scalari nella rimozione della crescita troppo rapida delle ampiezze, caratteristica delle componenti longitudinali dei bosoni vettoriali. Due capitoli sono dedicati ai tentativi di costruire una teoria unificata di tutte le interazioni note: elettromagnetica, debole, forte (cap. 25) e gravitazionale (cap. 26). Il capitolo 27 contiene una breve digressione su astrofisica e cosmologia in relazione alle proprietà delle particelle elementari. Seguono infine una bibliografia ragionata (cap. 28) ed un appendice matematica (cap. 29) che il lettore è invitato a scorrere prima di iniziare la lettura del libro. Il libro è stato scritto per quei fisici sperimentali che hanno familiarità con la meccanica quantistica relativistica e con alcuni elementi di teoria quantistica dei campi, ma che possono aver dimenticato qualche dettaglio (questa condizione non è naturalmente necessaria). Ho cercato in genere di non utilizzare il linguaggio della tecnica degli operatori della teoria quantistica dei campi, lavorando solo in termini di diagrammi di Feynman. La maggior parte dei calcoli contenuti nel libro può essere affrontata dopo la lettura dei testi di R. P. Feynman Theory of fundamental processes e Quantum electrodynamics. Il mio obiettivo era di dimostrare quanto può essere calcolato, spiegato e persino predetto usando strumenti semplicissimi. In origine era mia intenzione scrivere un libro così semplice da renderne possibile la lettura anche in autobus. Non posso dire di aver raggiunto questo obiettivo dato che alcuni capitoli risultano difficili per uno studente. Per quanto riguarda l approccio fisico, il titolo del libro, Leptoni e quark, mostra chiaramente che il contenuto è basato sul modello a quark degli adroni. Di quark e gluoni si scrive ormai anche sui giornali, per non parlare dei numerossimi articoli divulgativi, per cui è difficile trovare uno studente di fisica che non conosca la simmetria di colore. Sono profondamente grato a Y. Y. Kloss e I. S. Semenov per la trascrizione delle mie lezioni, a E. G. Guljaieva e I. A. Terechova per la preparazione del manoscritto, a I. S. Zukerman per la compilazione delle tavole (cap. 30). Ringrazio tutti gli amici e colleghi, che hanno letto il manoscritto del libro, per i loro utili commenti. 9

Un particolare ringraziamento va a coloro che hanno condiviso con me dei lavori scientifici: A. I. Vainštein, M. B. Vološin, V. N. Gribov, A. D. Dolgov, V. I. Zacharov, Ya. B. Zeldovič, B. L. Ioffe, I. Yu. Kobzarev, V. A. Novikov, B. M. Pontecorvo e M. A. Šifman. Le nostre discussioni mi hanno permesso di chiarire molti degli argomenti trattati nel libro. I. B. Okun Nota alla prima edizione italiana La traduzione italiana del testo russo tiene conto di alcune variazioni già introdotte dall autore in occasione dell edizione inglese, ed altre segnalateci direttamente dall autore stesso. La parte del libro relativa ai bosoni vettoriali intermedi e alle loro proprietà rimane interamente valida anche alla luce della loro osservazione sperimentale, successiva alla stesura del testo. A questo riguardo abbiamo creduto opportuno limitarci a minime variazioni di forma quando questo sembrava strettamente necessario. Le tavole relative alle proprietà delle particelle elementari (cap. 30) sono state da noi interamente riviste ed aggiornate sulla base dell edizione 1984 del PDG (Rev. of Modern Physics, Vol. 56, 1984). M. Diemoz e E. Longo 10