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Interazioni deboli di neutrino e loro applicazioni in fisica astroparticellare

Informazioni tesi

  Autore: Andrea Lami
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi Roma Tre
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Francesco Vissani
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 133

In natura tutti i fenomeni fisici possono essere ricondotti a quattro interazioni fondamentali tra particelle, dette: forte (nucleare), elettromagnetica, debole e gravitazionale. Quella che a noi interessa in questa tesi è l’interazione debole che agisce tra tutti i tipi di particelle. Essa causa i decadimenti di molte particelle instabili in leptoni e adroni più stabili come elettroni, neutrini e protoni. Inoltre è l’unica interazione che pu`o variare la carica delle particelle interagenti, cambia la famiglia, ha un piccolo raggio d’azione, un piccolo range energetico e a differenza di tutte le altre interazioni, non produce stati legati. I neutrini, rilevati per la prima volta nel 1956, hanno la particolarit`a di interagire solo debolmente, perchè privi di carica elettromagnetica.
Due telescopi attivati di recente, particolarmente prolifici, sono Borexino e Super-Kamiokande. Oltre agli aspetti puramente fisici delle interazioni di queste particelle, la loro bassa reattivit`a li rende portatori di informazioni di interese cosmologico, astrofisico e geofisico. In questo senso si sono studiati 9 canali interessanti per questi e altri rivelatori, senza perdere di vista il carattere fondamentale dell’interazione debole di neutrino nella conoscenza fisica dell’universo. L’obiettivo finale è stato quello di calcolare con precisione le sezioni d’urto dei canali considerati. Nel primo capitolo abbiamo individuato il settore del Modello Standard e le approssimazioni che ha senso adottare. Nel secondo si sono considerati i canali con urti elastici, del tipo neutrino-leptone. Nel terzo abbiamo quantificato il numero di eventi che caratterizzano la ricerca sperimentale dei neutrini, nel caso del flusso derivante dalla reazione del Berillio che va in Litio all’interno del Sole. Nel quarto ci siamo occupati dell’approccio con cui si calcolano le sezioni d’urto dell’interazione neutrino-quark. Nel quinto capitolo ci siamo concentrati sui processi neutrino-nucleone, in particolare introducendo la teoria dei fattori di forma e studiando il processo a correnti neutre neutrino protone. Nel sesto ed ultimo capitolo abbiamo trattato il decadimento beta inverso e il processo analogo con neutrone, per questi processi abbiamo trovato l’errore percentuale più preciso e più aggiornato rispetto a quelli presenti in letteratura.

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Introduzione In natura tutti i fenomeni fisici possono essere ricondotti a quattro intera- zioni fondamentali tra particelle che, in ordine di intensita`decrescente,sono dette: forte (nucleare), elettromagnetica, debole e gravitazionale. Tutte quante var iano con la distanza tra i corpi interagent i , ma quel la che a noi interessa in questa tesi e`l’interazionedebolechesidifferenziadall’intera- zione forte (oltre che per l’intensita`) poiche`agiscetratuttiitipidiparticelle. Essa causa i decadimenti di molte particelle instabili in leptoni e adroni piu` stabili come elettroni, neutrini e protoni. Inoltre e`l’unicainterazionechepu`ovariarelacaricadelleparticelleintera- genti (la carica totale e`comunqueinvariante),cambialafamiglia(sivedano iquark“downtype”eilmescolamentoCKM),haunpiccoloraggiod’azione, un piccolo range energetico e a differenza di tutte le altre interazioni, non produce stati legati (l’interazione forte giustifica la formazione dei nuclei, l’eletromagnetica unisce atomi e molecole, la gravita`attraelemassefinoa scale astronomiche). Ineutrini,rilevatiperlaprimavoltadaC.L.CowaneF.Reinesnel1956([1] e[2]),hannolaparticolarit`adiinteragiresolodebolmente,perch`eprividi carica elettromagnetica, per questo in tutto il mondo sono stati costruiti e si stanno costruendo rivelatori sotterranei di neutrini, le ragioni di tale impegno sono molteplici. Oltre agli aspetti puramente fisici delle interazioni di queste particelle, la loro bassa reattivita`(interazionesolodebole)lirendeportatoridiinformazioni di interese cosmologico, astrofisico e geofisico: • L’oscillazione del neutrino e quindi l’esistenza di masse non nulle e di- verse, delle 3 famiglie leptoniche, sono una delle ragioni fondamentali per ritenere che esista della fisica oltre il Modello Standard. • Come la radiazione cosmica di fondo puo`rivelarcimoltosullastoria dell’universo, cosi i neutrini prodotti dal Big Bang possono aggiungere dati alla nostra conoscenza della materia che esso contiene (Materia i

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Parole chiave

astrofisica
borexino
fisica
geofisica
gran sasso
interazione debole
km3
modello standard
nemo
neutrino
raggi cosmici
rilevatori
rivelatori
sezioni d'urto
superkamiokande

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