Unit HADRONIC PHYSICS

Course
Physics
Study-unit Code
A002519
Location
PERUGIA
Curriculum
Astrofisica e astroparticelle
Teacher
Matteo Rinaldi
Teachers
  • Matteo Rinaldi
  • Sergio Scopetta (Codocenza)
Hours
  • 21 ore - Matteo Rinaldi
  • 21 ore (Codocenza) - Sergio Scopetta
CFU
6
Course Regulation
Coorte 2021
Offered
2022/23
Learning activities
Affine/integrativa
Area
Attività formative affini o integrative
Academic discipline
FIS/04
Type of study-unit
Opzionale (Optional)
Type of learning activities
Attività formativa monodisciplinare
Language of instruction
Italian
Contents
Introduction to hadron Physics and model calculations of the structure of nucleons.
Introduction to the Light-Front quantum mechanics.
Introduction to parton distribution functions.
Description of inclusive, semi-inclusive and exclusive processes off nucleons and nuclei.
Reference texts
1) "Leptons, Hadrons and nuclei" - Florian Scheck
2) V. Barone et al, “Transverse Polarisation of Quarks in Hadrons”, Phys. Rept. 359
(2002) 1-168
3) "Quarks and Leptons" - F. Halzen, A.D. Martin
4) F.E. Close, “An Introduction to quarks and partons”, Academic Press, 1979
5) B. Povh et al., “Particles and Nuclei”, Springer, 1999
6) R. L. Jaffe, “Spin. twist and hadron structure in Deep Inelastic Scattering processes”,
e-Print: hep-ph/9602236
7) S. Scopetta and V. Vento, “Helicity dependent parton distributions”, Scholarpedia 6
(2011) 10226, DOI: 10.4249/scholarpedia.10226
8) S. Boffi, “Le forme di Dirac”, Bibliopolis, 2007
9) S. J. Brodsky, H. C. Pauli and S. S. Pinsky, ‘Quantum chromodynamics and other
field theories on the light cone,” Phys. Rept. 301 (1998), 299-486
Educational objectives
This is an introductory course of high energy hadron Physics. The main goal of the course is to provide to the students the basis
to get close to still open problems
about the structure of hadrons and nuclei.


The skill the students will acquire will be:

- Light-Front quantum mechanics
- Models of the hadron structure
- Inclusive, Semi-Inclusive and exclusive scattering processes off nucleons and light nuclei
Prerequisites
Special relativity
Quantum mechanics
Subatomic Physics
Teaching methods
Direct lectures
Learning verification modality
Oral examinations
Extended program
1. Richiami su simmetrie SU(N) e modello a quark statico.
2. Dinamica non relativistica: Oscillatore Armonico (HO); “One gluon exchange”: Mod-
ello di Isgur e Karl (IK).
3. Un primo modello relativistico: MIT bag model.
4. Diffusione elastica: Fattori di forma elettromagnetici da correnti relativistiche. Pro-
prietà, limite non relativistico e risultati sperimentali.
5. Esempio di calcolo dei fattori di forma con modelli HO, IK, MIT.
6. Diffusione profondamente anelastica (DIS). Tensore adronico e funzioni di struttura.
7. Modello a partoni. Bjorken scaling. Definizione e proprietà delle parton distribution
functions (PDFs).
8. “Light-Cone dominance”; fattorizzazione nel DIS; Correlatori sul cono luce.
9. Cenni alle equazioni di evoluzione dinamica di QCD e violazione allo scaling.
10. Esempi di calcolo delle PDFs con modelli a quark.
11. Meccanica hamiltoniana relativistica (RHD). Forme della dinamica.
12. Introduzione alla meccanica quantistica sul fronte di luce (LF). Cenni di QCD sul
fronte di luce. Rappresentazione LF della funzione d’onda degli adroni.
13. Confronto tra il calcolo di PDFs nel limite non relativistico instant form (standard)
con il caso LF.
14. Problemi aperti nello studio della struttura del nucleone: “spin crisis”.
15. Quark nei nuclei: “effetto EMC”.
16. Introduzione ai processi esclusivi duri. Deeply virtual Compton Scattering. Dis-
tribuzioni partoniche generalizzate (GPDs): proprietà e prospettive.
17. Introduzione allo scattering partonico doppio (DPS). Definizione delle distribuzioni
partoniche doppie (dPDFs). Proprietà e prospettive.
18. Esempi di calcolo di GPDs e dPDFs con modelli a quark.
19. Introduzione a processi semi-inclusivi. Definizione di transverse momentum depen-
dent PDFs (TMDs). Proprietà e prospettive.
20. Situazione sperimentale. L’Electron Ion Collider.
21. Cenni alle strutture adroniche esotiche: le glueballs. Introduzione ai modelli olografici
per la QCD non perturbativa.
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