[ Министерство образования Российской Федерации
МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДЫ, ОБЩЕСТВА И
ЧЕЛОВЕКА «ДУБНА»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор Ю.С.Сахаров
«» 2008г.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ФИЗИКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
(наименование дисциплины) Направление 010400.62 — бакалавр физики Разработана:Кафедрой Теоретической Физики (наименование кафедры) Заведующий кафедрой Академик РАН., д.ф.-м.н., Сисакян А.Н.
_ (подпись) а) Требования к уровню необходимых исходных знаний.
1.
б) Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Целью годового курса «Физика фундаментальных взаимодействий» является изучение студентами основных понятий и методов современной теории элементарных частиц и их взаимодействий и взаимопревращений.
В ходе данного курса студент должен получить представление об основах квантовой теории поля, описании и расчтах процессов рассеяния и распада элементарных частиц, теории их структуры и основных принципах, на которых строится эта теория.
В основе этой теории лежит понятие о локальных калибровочных симметриях основанных. В рамках данного курса студенты знакомятся с основными экспериментальными открытиями в области элементарных частиц приведшими к современным представлениям об их структуре и законах взаимодействия.
Курс состоит из двух больших частей: часть I – «Стандартная модель электрослабого взаимодействия» изучаемого в седьмом семестре и часть II «Квантовая хромодинамика», изучаемая в восьмом семестре.
При чтении данного курса предполагается, что студенты уже изучили общие курсы «Физики», «Теоретической механики», «Квантовой механики», «Электродинамика», «Математического анализа», «Аналитической геометрии» и «Теории групп»
2. Объм дисциплины и виды учебной работы (час):
Вид Всего ча- Семестры занятий сов 7 Общая трудоемкость 136 68 Аудиторные занятия:
Лекции (Л) 68 34 Практические занятия (ПЗ) 68 34 Семинары (С) Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа:
Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы Реферат Экзамен экзамен Вид итогового контроля (экзамен) 3. Содержание дисциплины 3.1. Разделы дисциплины и виды занятий Лекции ПЗ №п Раздел дисциплины Часть I «Стандартная Модель» 34 Введение 1 4 Релятивистская квантовая механика 2 6 Основы квантовой электродинамики 3 6 Слабые взаимодействия 4 6 Стандартная модель электрослабого взаимодействия 5 12 Часть II. «Квантовая Хромодинамика» (КХД) 34 Цвет и цветовая калибровочная симметрия 6 6 Квантование КХД и асимптотическая свобода 7 6 Кварк-адронная дуальность и адронные процессы 8 4 Факторизация и модификация партонной модели 9 14 Экспериментальный статус КХД и Что дальше?
3.2. Содержание разделов дисциплины 1.Введение 1.1 В поисках «элементарных» частиц. Лептоны, фотоны, адроны, изотопическая инвариантность, силы взаимодействия.
1.2 Гипотеза кварков, строение адронов, цвет, удержание цвета, скейлинг, асимптотическая свобода, партонная модель.
2. Релятивистская квантовая механика 2.1 Уравнение Клейна-Гордона.
2.2 Уравнение Дирака, античастицы.
2.3 Алгебра гамма-матриц, решения свободного уравнения Дирака, их смысл, угловой момент и спин электрона. Фермионы с нулевой массой.
2.4 Уравнение Шредингера-Паули, магнитный мо мент электрона.
3. Основы квантовой электродинамики Лагранжиан, локальная калибровочная симметрия и электродинамика.
3. Уравнения Максвелла для потенциала. Калибровка.
3. Теория возмущений. Диаграммы Фейнмана.
3. Сечение рассеяния. Рассеяние электрона на мюоне,пропагатор фотона.
3. Комптоновское рассеяние. Пропагатор электрона.
3. 4. Слабые взаимодействия Бета-распад. Теория Ферми.
4. Нарушение четности, киральность.
4. 4. 4. Распад каонов. Угол Каббибо.
4. Смешивание поколений, матрица смешивания Каббибо-Кабаяши-Маскава.
4. Нарушение СР-чтности.
4. Нейтральные слабые токи. Глубоко неупругое рассеяние нейтрино и антинейтрино на нуклоне.
5. Стандартная модель электрослабого взаимодействия 5.1 Объединение электромагнитных и слабых взаимодействий на основе SUL(2)xUY(1) симметрии.
5.2 Угол Вайнберга, нейтральные слабые токи, W- и Z-бозоны.
5.3 Неренормируемость теории с массивными бозонами. Неабелева калибровочная симметрия. Самодействие бозонов.
5.4 Спонтанное нарушение симметрии. Появление массы. Голдстоуновские бозоны.
5.5 Механизм Хиггса. Модель Салама-Вайнберга.
5.6 Выбор поля Хиггса. Массы W- и Z-бозонов. Взаимодействие бозонов с хиггсом.
5.7 Массы фермионов. Взамодействия фермионов с хиггсом. Понятие о перенормируемость теории. Лептон-кварковая аналогия.
5.8 Экспериментальный статус теории.
6. Цвет и цветовая калибровочная симметрия 6.1 Экспериментальные указания на цвет кварков.
6.2 Цветовая калибровочная симметрия и уравнения Янга-Миллса для глюонного 6.3 Группа SU(3). Матрицы Гелл-Манна и их свойства.
6.4 Тождества Фирца.
6.5 Операторы Казимира в фундаментальном и присоединенном представлении.
7. Квантование КХД и асимптотическая свобода 7.1 Поперечность амплитуд в КЭД и КХД. Самодействие глюонов. Правила Фейнмана для КХД.
7.2 Дисперсионные соотношения и оптическая теорема.
7.3 Понятие о расходимостях, вычитаниях, регуляризации и перенормировке.
7.4 Эффективный заряд в КЭД. Понятие о ренормгруппе.
7.5 Нуль заряда в КЭД, его связь с оптической теоремой и дисперсионными соотношениями.
7.6 Эффективный заряд в КХД. Асимптотическая свобода.
8. Кварк-адронная дуальность и адронные процессы Электрон-позитронная аннигиляции в адроны. R-отношение..
8. Кварк-адронная дуальность.
8. Вакуумные конденсаты и «правила сумм» КХД.
8. Киральная инвариантность.
8. 9. Факторизация и модификация партонной модели 9.1 Факторизация в КХД и жесткие процессы.
9.2 Глубоко неупругое рассеяние. Партонные функции распределения и их моменты.
9.3 Структурные функции. Соотношение Каллана-Гросса.
9.4 Сохраняющиеся операторы и их свойства. Правила сумм.
9.5 Уравнения эволюции.
9.6 Глубоко неупругое рассеяние поляризованных частиц. Спиновый кризис.
9.7 Процесс Дрелла-Яна..
10. Экспериментальный статус КХД и Что дальше?
10.1 Экспериментальный статус КХД.
10.2 Применение КХД к процессам на Большом Адронном Коллайдере. Образование бозонов Хиггса в адронных соударениях 10.3 Движение к Великому Объединению.
4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 4.1. Методические рекомендации преподавателю Данный курс читается студентам после изучения ими электродинамики, теории относительности и квантовой механики и теории групп. Основной упор сделан на использование симметрий и особенно локальных калибровочных симметрий, диаграмм Фейнмана и проверке экспериментальных предсказаний сделанных на их основе.
Частично затрагиваются и экспериментальные методы изучения реакций с элементарными частицами и и подчеркивается экспериментальный (а не созерцательный) характер изучения физики фундаментальных взаимодействий.
4.2. Методические указания студентам Как и прежде, студент должен приучить себя к мысли о необходимости скорейшего освоения англоязычной терминологии, поскольку основная литература по данному курсу и базы данных написаны именно на английском языке. Студент должен усвоить основные идеи построения теории элементарных частиц и вытекающие отсюда закономерности. В рамках данного курса студенту предлагается на деле применить приобретенные знания для выполнения расчтов и оценок простейших сечений и времн жизни частиц.
4.3 Примерный перечень вопросов, выносимых на экзамены.
Примерный перечень вопросов повторяет содержание пункта 3.2. В дополнение к этим вопросам предлагается решить задачу, по уровню сложности сравнимую с задачами, разбиравшимися в течение семестра.
5. Рекомендуемая литература 5.1 Основная литература Ф.Хелзен и А.Мартин "Кварки и лептоны. Введение в физику частиц", Москва, Л.Б.Окунь, "Лептоны и кварки", Наука, 1990.
С.М.Биленький "Лекции по физике нейтринных и лептон-нуклонных процессов", Энергоиздат, 1981.
Н.Н. Боголюбов и Д.В. Ширков, "Квантовые поля",Наука, 1993.
М.Б. Волошин и К.А. Тер-Мартиросян, Теория калибровочных взаимодействий элементарных частиц, М: Энергоатомиздат 1981.
5.2 Дополнительная литература 1. 1. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. Теоретическая физика: т. IV. Квантовая электрородинамика; М: ФИЗМАТЛИТ, 2001.
2. М. Пескин, Д. Шредер, Введение в квантовую теорию поля, РХД, 2001 г.
Программа составлена в соответствии с Государственными требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки по направлению 010400.62 — бакалавр физики.
Программу составили:
Ефремов Анатолий Васильевич, д.ф.-м.н., профессор кафедры Теоретическая физика Теряев Олег Валерианович, д.ф.-м.н., профессор кафедры Теоретическая физика
«