Програма по дисциплината: Увод във Физиката на eлементарните частици



Дата01.08.2017
Размер112.03 Kb.
ТипПрограма

,СОФИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ “СВ. КЛИМЕНТ ОХРИДСКИ”

ФИЗИЧЕСКИ ФАКУЛТЕТ




Утвърдена с Протокол на ФС N: …../ ……..

Декан:

/проф. дфзн Ал. Драйшу/

УЧЕБНА ПРОГРАМА

ПО ДИСЦИПЛИНАТА: Увод във Физиката на eлементарните частици

ВКЛЮЧЕНА В УЧЕБНИЯ ПЛАН НА СПЕЦИАЛНОСТ: Квантова и космическа теоретична физика

СТЕПЕН НА ОБУЧЕНИЕ: Бакалавър

ECTS кредити: 6.0

КАТЕДРА: Атомна Физика

ИЗВАДКИ ОТ УЧЕБНИЯ ПЛАН

Вид на занятията:

Семестър:

Хорариум-часа/
седмично:


Хорариум-часа
Общо:

Лекции


VII

3

45

Семинарни упражнения





VII

2

30

Практически упражнения










Общо часа:




5

75

Форма на контрол:






Изпит


А. АНОТАЦИЯ

Курсът е предназначен за студентите от всички специалности на Физическия факултет. Необходима предпоставка за неговото избиране е усвояването на материала, преподаван в задължителните курсовете по Обща физика (включително Атомна физика и взаимодействие на йонизиращите лъчения с веществото и Ядрена физика) и Квантова механика. Предлагания курс е тяхно естествено продължение, тъй като се изучават фундаменталните микрообекти (лептони, кварки, глуони и пр.), от които по определени правила и закони на взаимодействие се изграждат познатите на струдентите микросистеми – нуклони, ядрa, атоми и т.н. Целта на курса е да запознае студентите със съвременните представи за фундаменталните съставящи на материята и техните взаимодействия. Излагат се основите на кинематиката на елементарните частици. Разглеждат се симетриите на взаимодействията на елементарните частици (непрекъснати и дискретни, пространствени и вътрешни, глобални и локални) и следващите от тях закони за съхранение. Взаимодействията се описват с помощта на локални (калибровъчни) групи на симетрия. Специално внимание се отделя на експерименталните методи за изследване на свойствата на елементарните частици и техните взаимодействия., включително на съвременните ускорително-натрупващи комплекси и многодетекторни системи за регистрация и идентификация на частиците, като ударението при преподаването на последните се поставя върху специфичните им особености, свързани с високите енергии (~ GeV), малките времена на живот на изследваните обекти (~ ns) и огромен брой “фонови” частици. Излагат се основите на кварковия модел и се прави увод в квантовата хромодинамика, описваща силните взаимодействия. Обсъждат се експерименталните доказателства за съществуване на кварки и глуони. Разглеждат се слабите взаимодействия на елементарните частици и се излагат основите на модела на Глешоу-Уайнбърг - Салам, описващ електромагните и слабите взаимодействия. Обсъжда се проблема с масите на неутрината и техните осцилации. Разглеждат се опитите за построяване на модели, обединяващи електромагните, слабите и силните взаимодействия. Очертават се основните проблеми и направления за развитие на физиката на елементарните частици.



Б. СЪДЪРЖАНИЕ НА УЧЕБНАТА ПРОГРАМА:




Лекции

Брой часове

1.

Йерархия и структурата на материята: вещество, атоми, ядра, кварки. Фундаментални взаимодействия и техните преносители. Интензивност и радиус на действие.

1

2.

Основи на кинематиката на елементарните частици
- Пространство на Минковски, преобразования на Лоренц, релативистки инварианти, ефективна маса
- Основни типове експерименти, лабораторна система, Система на центъра на масите. Преходи между различни отправни системи.
- Запазване на енергията и импулса
- Степени на свобода
- Естествена система мерни единици, в която ħ = c = 1.


3

3.

S-матрица в представяне на взаимодействието
- Представяния на Шрьодингер и на Дирак
- S – матрица: дефиниция, физически смисъл.
- Разложение на S-матрицата по степените на константата на взаимодействие. Графично представяне – диаграми на Файман.

3

4.

Фазов обем, Вероятност за разпад, Сечение за взаимодействие

2

5.

Симетрии, инвариантност и закони за запазване.
- Симетрии в квантовата физика, запазване на енергията и импулса.
- Елементи на теория на групите: група, алгебра, групи на Ли, представяния на групи, Оператори на Казамир.
- Представяния на групата SU(2), изоспин.
- Пространствени симетрии: непрекъснати и дискретни, Група на Лоренц, Група на Поанкаре, пространствено отражение, обръщане на времето, зарядово спрягане.
- Глобални и локални симетрии.


4

6.

Основни свойства на елементарните частици
- Пространствени и вътрешни квантови числа. Лептони и адрони, мезони и бариони, хиперони, бозони и фермиони
- Ширина и време на живот на нестабилни частици: средно време на живот, класификация, резонанси, разпределение на Брейт-Вигнер.
- Фундаментални частици


2

7.

Взаимодействия на елементарните частици.
- Основни видове взаимодействия.
- Електромагнитни взаимодействия: локална калибровъчна инвариантност, електромагнитно поле.
- Неабелева калибровъчна инвариантност. Калибровъчни бозони.

2

8

Експериментална техника във физика на елементарните частици.
а)Източници на високоенергетични частици, Космически лъчи.
б) Ускорители
- Циклотрон, синхротрон, синхрофазотрон.
- Ускорители на насрещни снопове.
- Ускорителни комплекси.
в) Процеси на взаимодействие на високоенергетични частици с веществото.
- Регистрация на заредени частици: йонизация, ефект на Черенков, преходно излъчване.
- Регистрация на електромагнитно излъчване: физически процеси, радиационна дължина.
г) Детектори на елементарни частици. Типове и основни характеристики.
- Трекови детектори – многонишкова пропорционална камера, дрейфови камери, време-проекционни камери, полупроводникови детектори.
- Сцинтилационни броячи
- Черенковски броячи: прагови, диференциални, RICH-технология.
- Електромагнитни и адронни калориметри.
- Измерване на импулса на заредени частици.
- Детекторни комплекси.

8

9.

Силни взаимодействия
- Изоспин
- Странни частици, връзка между изоспин, странност и електрически заряд.
- SU(3)-симетрия. Кварков модел
- Експериментални указания за съществуване на кварки
- Лептон – нуклонно разсейване
- Формфактори, кварк-партонен модел, структурни функции
- Цвят и глуони. Квантова хромодинамика
- Квантово число – цвят, безцветност на адроните, конфаймент.
- Експериментални указания за същестуване на цвят
- Квантова хромодинамика: локална SU(3) симетрия, глуони, асимптотична свобода.
- Експериментални указания за съществуване на глуони



6

10.

Слаби взаимодействия
- Слаби разпади и реакции
- Лептонни и кваркови токове, V-A модел
- Ъгъл на Кабибо, смесване на кварките
- СР-нарушение: СРТ теорема, СР-нарушение в К- и B- мезонни разпади
- Неутрални токове, експериментални наблюдения
- Маси на неутрината. Осцилации на неутрината

5

11.

Обединение на Слабите и Електромагнитните взаимодействия
- Взаимодействия между заредени токове. Преносители на слабото взаимодействие
- Спонтанно нарушение на симетрията. Механизъм на Хигс
- Модел на Глешоу-Вайнберг-Салам
- W и Z бозони. Ъгъл на Уайнбърг. Хигс-бозон
- Матрица на Кабибо-Кобаяши-Маскава

5

12.

Велико обединение
- Бягаща константа на взаимодействието
- Теории отвъд Стандартния модел: SU(5), SO(10), E6; разпад на протона

1

13.

Модерни експерименти по изследване на Стандартния модел
- e+e насрещни снопове. τ, B и Z фабрики
- протон-протонни и протон-антипротонни ускорители
- Експериментални резултати: брои поколения, маса на Z-бозона, маса на t-кварка, константа на взаимодействието



2

14.

Проблеми и въпроси във Физиката на Елементарните Частици. Основни насоки за развитие – теория и експеримент

1




Упражнения




1.

Увод. 4-вектор на енергията-импулса. Маса на покой на частица. Естествена система единици c = ћ = 1. Единици за енергия, маса, импулс, време, разстояние, площ. Преминаване в "нормална" система единици. Константи на Ферми и Нютон в естествената система

2

2.

Релативистка кинематика. Преобразувания на Лоренц. Лабораторна отправна система и система на центъра на масите. Релативистки инварианти. Динамични инварианти. Променливи s, t, u. Ефективна (инвариантна) маса на система от частици. Праг на реакция. Разсейване a + b c + d : ъглови и енергетични зависимости. Елипса на импулсите. Максимален ъгъл на излитане.



6

3.

Изследване на кинематиката на разпадането на масивна частица на две (почти) безмасови ( 2 , 2 , Z e+e-). Разпределения на продуктите по енергии и ъгъл на разлитане. Самостоятелна работа: разпадане на масивна частица на две масивни частици с еднакви или различни маси.


3

4.

Ускорители на частици. Линеен ускорител. Циклотрон. Синхроциклотрон и синхрофазотрон (протонен синхротрон). Ускорители на електрони. Формиране на снопове високоенергетични фотони чрез разсейване на лазерен лъч върху сноп релативистски електрони — кинематика

3

5.

Напречно ефективно сечение. Фиксирана мишена. Задачи за пресмятане добива на частици в различни процеси на разсейване и разпадане. Снопове частици, пресичащи се под произволен ъгъл. Светимост. Ускорители с насрещни снопове. Еквивалентна енергия.


4

6.

Връзка между елементите на матрицата на разсейване и сеченията или константите на разпадане. Лоренц-инвариантен фазов обем. Оптична теорема. Разпадане a  b + c и разсейване a + b  c + d .

3

7.

Изотопичен спин. Изотопична инвариантност на силното взаимодействие. N - разсейване и връзка между сеченията за различните процеси. Коефициенти на Клебш - Гордън.

2

8.

Правило I = 1/2 при слаби нелептонни разпади. Адитивни квантови числа и закони за запазването им . Диаграми за слаби лептонни, полулептонни и нелептонни процеси.

1

9.

Структура на адроните. Статични магнитни моменти на нуклоните. Електромагнитни формфактори. Формула на Розенблат. Диполна формула. Дълбоконееластично лептон-адронно разсейване. Партони. Валентни и морски кварки. Кварков състав на мезонните и барионни мултиплети. Мултиплети с тежки кварки.

3

10.

Детектори на релативистки частици. Йонизационни и радиационни загуби. dE/dx за релативистки частици. Критична енергия. Радиационна дължина. Електромагнитни и адронни каскади. Калориметри. Идентификация на релативистки частици. Разделяне по скорости. Прагови и диференциални черенковски детектори. Детектори с многократно измерване на dE/dx.

3


В. Формата на контрол е: изпит

Преподаваният материал е групиран в отделни въпроси и задачи от семинарните занятия. През първите 20 минути от подготовката на изложението по изтеглените въпроси студентите имат право да ползват справочна литература. По време на беседата с изпитващите те излагат подробно материала по изтеглените въпроси и отговарят на допълнителни кратки въпроси. Критерии за оценяване е усвояването на основните идеи и концепции, без да се набляга на фактическото заучаване на формули и дефиниции. Решението на задачата се оценява въз основа на избрания подход за решаване и демонстрираните технически умения.


Г. Основна литература:

  1. У. Уилямс , Физика на ядрото и елементарните частици, Университетско издателство “Св. Кл. Охридски”, 2000

  2. Ф.Хелзен, А.Мартин, Кварки и лептоны, изд. “Мир”, Москва, 1987

  3. Ф.Клоуз, Кварки и партоны, Москва, 1982

  4. К.Клайнкнехт, Детекторы корпускулярных излучений, Москва, 1990

  5. Физика микромира. Маленкая енциклопедия. изд. “Советская энциклопедия”, Москва, 1980

  6. Л.Гольдин, Физика ускорителей, изд. “Наука”, Москва, 1983 г.

  7. D.Perkins, Introduction to High Energy Physics, 4th edition, Cambridge University Press, 2000


Д. Допълнителна литература:

  1. Л. Райдер, Елементарные частицы и симетрии, изд. “Наука”, Москва, 1983

или L. Ryder, Elementary particles and Symmetries, Gordon and Breach Science Publishers, 1984

  1. Г. Фрауенфельдер, З. Хенли, Субатомная физика, изд. “Мир”, Москва, 1979 г.

  2. Fayyazuddin and Riazuddin, A Modern Introduction to Particle Physics, World Scientific, 2000

Съставили програмата:

доц. д-р Л.Литов



проф. дфн Р. Ценов

16.03.2011…………..
Каталог: event -> department-council -> materiali-km-zasedaniyata-na-katedreniya-svet -> arhiv
arhiv -> Основни научни и научно-организационни приноси
arhiv -> Климент охридски
arhiv -> Климент охридски
arhiv -> Доц д-р Леандър Литов
arhiv -> Биография на Борислав Атанасов Павлов Роден в гр. София, България, на 4 февруари 1977 г. Адрес за кореспонденция: Група по Физика на Елементарните Частици
arhiv -> Биография на доц дфн Ана Йовкова Пройкова
arhiv -> Календарната 2012 г
arhiv -> Sofia university faculty of physics
arhiv -> Календарната 2009 г. Начало на докторантурата 10. 01. 2007г
arhiv -> Факултет: Физически


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница