У твърдил: …………………..
Декан
Проф. дфзн Ал. Драйшу
Дата .............................
СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”
Специалност: физика
Магистърска програма: (код и наименование)
Физика на ядрото и елементарните частици
УЧЕБНА ПРОГРАМА Дисциплина: СИМЕТРИИ ВЪВ ФИЗИКАТА НА ЕЛЕМЕНТАРНИТЕ ЧАСТИЦИ Преподавател: проф. дфн Румен Ценов
Асистент:
Учебна заетост
|
Форма
|
Хорариум
|
Аудиторна заетост
|
Лекции
|
45
|
Семинарни упражнения
|
|
Практически упражнения (хоспетиране)
|
|
Обща аудиторна заетост
|
45
|
Извънаудиторна заетост
|
Самостоятелна работа в библиотека или с ресурси
|
40
|
Подготовка на презентация
|
30
|
Подготовка за изпит
|
20
|
|
|
|
Обща извънаудиторна заетост
|
90
|
ОБЩА ЗАЕТОСТ
|
135
|
Кредити аудиторна заетост
|
1.5
|
Кредити извънаудиторна заетост
|
3.0
|
ОБЩО ЕКСТ
|
4.5
|
№
|
Формиране на оценката по дисциплината1
|
% от оценката
| -
| Презентация на предварително избрана тема |
80
| -
| Изпит |
20
|
Анотация на учебната дисциплина:
|
Курсът е предназначен за студенти от магистърската програма по физика на ядрото и елементарните частици. Може да бъде слушан и от други студенти, които удовлетворяват предварителните изисквания.
Целта на изложението е да направи систематичен преглед на пространствено-временните и вътрешни симетрии и произтичащите от тях закони за запазване, на които се подчиняват познатите взаимодействия и участващите в тях фундаментални частици. Основно внимание се обръща на опитната проверка на законите за запазване и достигнатите в това отношение експериментални граници. В кратка форма се разглеждат теоретични модели, които допускат неинвариантни ефекти относно разглежданите симетрии. Като правило тези теории разширяват минималния Стандартен модел на фундаменталните взаимодействия и частици. Обсъждат се бъдещи експерименти, които биха могли да демонстрират необходимостта от такова разширение.
В курса се разглеждат главно от експериментална гледна точка такива въпроси като СР-неинвариантни ефекти при разпаданията на неутралните каони и В-мезони, търсене на разпадане на протона, наблюдаване на осцилации на неутрината в експерименти с ускорителни, реакторни, атмосферни и слънчеви неутрина и други. Материалът се основава главно на обзори и оригинални статии, публикувани в последните години. Някои от резултатите вече намират място и в последните издадени учебници и монографии.
Предвидените часове и кредити извънаудиторна заетост са за самостоятелна работа с литературните източници, за подготвяне на самостоятелна презентация по предварително съгласувана с преподавателя тема и за подготовка за изпита.
|
Предварителни изисквания: |
Студентите трябва да имат подготовка по квантова механика и субатомна физика в рамките на основните курсове, четени във Физическия факултет. Необходими са и знания по квантова теория на полето и физика на елементарните частици в рамките на предлаганите във факултета избираеми специализиращи курсове за бакалаври “Увод във физиката на елементарните частици”, “Увод в теорията на елементарните частици” и “ Квантова теория на полето”.
|
Очаквани резултати:
|
След успешно завършване на курса студентите ще владеят физическите понятия за преобразувания, симетрии и свързаните с тях запазващи се динамични величини. Ще бъдат наясно с физическите основания, диктуващи въвеждането на запазващи се квантови числа при различните процеси и реакции в микросвета. Ще се ориентират в съвременното състояние на такива фундаментални насоки на изследване във физиката на елементарните частици като CP-неинвариантни ефекти в слабите взаимодействия, осцилации на неутрината, незапазване на адитивни квантови числа като лептонен и барионен заряди в разширения на Стандартния модел, търсене на електро-диполни моменти на квантовите обекти и други ефекти, свързани със симетриите на фундаменталните взаимодействия.
|
Учебно съдържание
№
|
Тема:
|
Хора-риум
|
1
|
Преобразувания и симетрии. Симетрии и закони за запазване. Теорема на Ньотер и динамични инварианти
|
2
|
2
|
Дискретни пространствени симетрии. Пространствено отражение и Р — четност. Запазване на пространствената четност в силните и електромагнитните взаимодействия. Експериментални граници. “100 %-но”нарушение на Р-четността в слабите взаимодействия — двукомпонентно неутрино.
|
2
|
3
|
Зарядово спрягане — замяна на частиците с античастици и С-четност. Съхранение в силните и електромагнитните процеси. Експериментална проверка. Нарушаване на С-четността в слабите взаимодействия. СР-инвариантност на слабото взаимодействие
|
3
|
4.
|
Обръщане знака на времето. Т-инвариантност на силните, електромагнитните и почти всички слаби процеси. Експериментална проверка. Електрически диполен момент на неутрона
|
3
|
5.
|
СРТ-теорема. Експериментални доказателства за СРТ-инвариантността на познатите фундаментални взаимодействия.
|
2
|
6.
|
Неутралните мезони и нарушаване на СР-инвариантността в техните разпади. Системата К° —  °. Осцилации на странността и регенерация. Амплитуди на разпад. Параметри, свързани с СР-неинвариантността и тяхното експериментално определяне. Достигнати експериментални точности. Проверка на СРТ-инвариантността в разпадите на неутралните К-мезони.
|
8
|
7.
|
Нарушаване на СР-инвариантността в разпадите на неутрални мезони, съдържащи тежки кварки (c, b). Преглед на експерименталната ситуация – измерени величини, сравнение с К-мезонния сектор.
|
3
|
8.
|
Произход на СР-неинвариантните ефекти. Мили-силно, мили-слабо, супер-слабо взаимодействия. Обяснение на феномена в рамките на Стандартния модел
|
3
|
9.
|
Абелеви вътрешни симетрии и свързаните с тях квантови числа и закони за запазване . Електричен заряд. Лептонни и барионно числа и закони за запазването им.
|
2
|
10.
|
Експерименти, търсещи незапазване на електричния заряд и достигнати граници.
|
1
|
11.
|
Теоретично и експериментално изследване на процеси, незапазващи барионното число. Разпад на протона. Детектор SuperKamiokaNDE. Достигнати експериментални граници
|
4
|
12.
|
Процеси, незапазващи лептонните числа. Осцилации на неутрината: експерименти с ускорителни, атмосферни и слънчеви неутрина. Експериментални резултати, възможни теоретични модели. Обзор на ситуацията и бъдещи експерименти.
|
8
|
13.
|
Двоен бета-разпад, разпадане на мюона на електрони и позитрони, μ-захват и други процеси, незапазващи лептонните заряди. Майоранови неутрина.
|
3
|
14.
|
Решаващата роля на експерименталната проверка на теоретичните модели за разбиране на същността на физическите явления.
|
1
|
Конспект за изпит
Изпитът по тази дисциплина се провежда като студентски семинар. Студентите избират предварително по една тема от програмата. Заедно с преподавателя те подбират литература по нея и оформят план на изложението. Семинарът се разгласява предварително във факултета и се поканват всички интересуващи се. На семинара студентите правят в рамките на 15-20 мин. презентация на същността на разработената тема. Презентацията се оценява от преподавателя и влиза с тегло 80% в крайната оценка. След това въпроси се задават от всички присъстващи и най-вече от преподавателя-лектор по презентацията и в рамките на конспекта за изпит. Оценката на отговорите е с тежест 20%. От изложението и отговорите на въпросите се преценява доколко студентът е усвоил физическите идеи, изложени в лекциите и доколко умее сам да ги излага с добър физически стил и език. Ударението при оценяването от преподавателя се поставя върху физическите идеи и прилагането им при анализа на различните експерименти, търсещи нарушаване на различните симетрии. Не се изисква запаметяване на факти, формули и прочее.
№
|
Въпрос
|
1
|
Понятие за преобразование върху физическа система. Преобразование на симетрия. Връзка между симетрия и запазващи се динамични величини. Пример: едномерна транслация. Видове симетрии.
|
2
|
Пространствено отражение и Р-четност. Запазване на пространствената четност в силните и електромагнитните взаимодействия. Експериментални граници. “100 %-но” нарушение на Р-четността в слабите взаимодействия. Двукомпонентно неутрино.
|
3
|
Обръщане знака на времето. Т-инвариантност на силните, електромагнитните и почти всички слаби процеси. Експериментална проверка. Електрически диполен момент на неутрона.
|
4.
|
Зарядово спрягане: замяна на частиците с античастици и С-четност. Запазване в силните и електромагнитните процеси. Експериментална проверка. Нарушаване на С-четността в слабите взаимодействия. СР-инвариантност на слабото взаимодействие.
|
5.
|
Системата К° — °. Канали на разпадане на два и три пиона. Полу-лептонни разпадания. Осцилации на странността и регенерация.
|
6.
|
Експериментално наблюдаване на СР-неинвариантни ефекти. Феноменологично описание.
|
7.
|
Произход на СР-неинвариантните ефекти. Обяснение на феномена в рамките на Стандартния модел: матрица на Кабибо-Кобаяши-Маскава.
|
8.
|
СРТ-теорема. Експериментални проверка на СРТ-инвариантността чрез разпаданията на К-мезоните.
|
9.
|
Лептонни и барионно числа и закони за запазването им. Експериментални граници.
|
10.
|
Осцилации на неутрината. Феноменологично описание. Източници на неутрина.
|
11.
|
Експерименти с атмосферни и слънчеви неутрина и резултати.
|
12.
|
Експерименти с реакторни неутрина и неутринни снопове от ускорители. Резултати и перспективи.
|
13.
|
Теории за Великото обединение. SU(5) и разпадане на нуклона. Експерименти.
|
14.
|
Двоен бета-разпад, разпадане на мюона на електрони и позитрони, μ-захват и други процеси, незапазващи лептонните числа. Майоранови неутрина.
|
Библиография
В долния списък са дадени само учебници и монографии, които могат да бъдат полезни за изясняване на основните понятия. Списъкът на обзорите и оригиналните статии се обновява периодично и се предоставя на студентите по хода на изложението.
-
E. M. Henley, A. Garcia, Subatomic Physics , 3rd edition, Marston Book Services Ltd., 2007
-
D. Perkins, Introduction to High Energy Physics, 4th edition, Cambridge University Press, 2000.
-
A. Bettini, Introduction to Elementary Particle Physics, Cambridge University Press, 2008;
-
L. Ryder, Elementary Particles and Symmetries, Gordon and Breach Science Publishers, 1984
-
Fayyazuddin and Riazuddin, A Modern Introduction to Particle Physics, World Scientific, 2000
-
Т.-П. Ченг, Л.-Ф. Ли, Калибровочные теории в физике элементарных частиц, изд. “Мир”, Москва, 1987 г.
-
Rabindra N. Mohapatra, Palash B. Pal, Massive Neutrinos in Physics and Astrophysics, 3d ed., World Scientific, 2004
Дата: 21 февруари 2013 г. Съставил: проф. дфн Румен Ценов
tsenov@phys.uni-sofia.bg
http://atomic.phys.uni-sofia.bg/Members/tsenov
Сподели с приятели: |
