Introduzione - Analisi dimensionale, scale energetiche e tempi caratteristici dei processi delle interazioni fondamentali. Notazione e definizione del gruppo di Lorentz. Necessità di una teoria dei campi: dalla meccanica quantistica relativistica alla teoria dei campi. Teoria Lagrangiana dei campi classici ed equazioni di Eulero-Lagrange. Simmetrie interne e spazio-temporali, discrete e continue, globali e di gauge. Teorema di Noether. Tensore energia-impulso. Esempi per un campo scalare, spinoriale ed elettromagnetico.

Teoria dei campi quantizzati - Quantizzazione canonica dei campi scalari, spinoriali ed elettromagnetici. Relazione spin-statistica. Campi interagenti. Propagatori fermionici e bosonici. Evoluzione temporale degli operatori di campo nella rappresentazione d’interazione. Teoria perturbativa per un campo quanto-relativistico. Ordinamento normale e temporale dei prodotti di campo e Teorema di Wick. Definizione Matrice S , T ed M e legame con la sezione d’urto di scattering e i tempi di decadimento delle particelle. Diagrammi di Feymann e accenno alle correzioni radiative. Variabili di Mandelstam e loro utilità nel calcolo delle sezioni d’urto: s-channel, t-channel ed u-channel. Crossing symmetry (relazioni di simmetria tra i vari diagrammi).Legame tra approssimazione di Born non-relativistica e scattering in teoria dei campi al “leading order”.

Elettrodinamica Quantistica – QED - Campo di gauge, accoppiamento minimale e formulazione della QED. Regole di Feynmann per la QED. Scattering Coulombiano di elettroni e positroni e riduzione non-relativistica alla sezione d’urto di Rutherford; Scattering di elettroni: sezione d’urto di Moeller; Scattering elettrone-positrone: Babbha scattering; Scattering Compton. Limite ultra-relativistico (produzione fotoni energetici tramite laser).

Cromodinamica quantistica - QCD - Introduzione all’interazione forte e alla lagrangiana della cromodinamica quantistica; prove dell’esistenza dei quark e dei gradi di libertà di sapore e colore. Interazione di gauge non-abeliana in SU(2) e generalizzazione ad SU(3). Forma del tensore bosonico non abeliano. Confronto diagrammi di Feynmann in QED e QCD. Proprietà di liberta asintotica e confinamento. Simmetria chirale e transizione da materia adronica al plasma di quark e gluoni. Interazione nucleare come scambio di mesoni e AdroDinamica Quantistica (QHD). Fenomeni non-perturbativi delle interazioni forti. Collisioni deep-inelastic fattori di forma e modello a partoni. Derivazione della formula di Rosenbluth per gli scattering adronici: fattori di forma elettrici e magnetici. Bjorken scaling e funzioni di distribuzione partoniche. Diagrammi di QCD perturbativa al II0 ordine (qq→qq, gg→gg, qg→qg …) e calcolo della sezione d’urto di processi ad energie ultra-relativistiche. Calcolo degli spettri adronici in collisioni protone-protone, protone-nucleo e nucleo-nucleo ad energie relativistiche.

1) F. Mandl and G. Shaw, Quantum Field Theory, Ed. Wiley- 1993

2) M. Maggiore, A Modern Introduction to Quantum Field Theory, Ed. Oxford University Press-2005

3) F.Halzen and A.D.Martin, Quarks and leptons: an introductory course in particle physics, Ed. Wiley 1984

4) M.E. Peskin and D.V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, Ed. Westview Press- 1995

5) F. Schwabl, Advanced Quantum Mechanics, Ed. Springer.

6) G. Sterman et al., “Handbook of Perturbative QCD”, Review of Modern Physics 67 (1995) 158.