Fizika elementarnih čestica 1

Izbornik predmeta

Glavni izbornik

Fizika elementarnih čestica 1

Šifra: 84967
ECTS: 7.0
Nositelji: prof. dr. sc. Krešimir Kumerički - Predavanja
Izvođači: Petar Čuljak - Auditorne vježbe
Prijava ispita: Studomat
Opterećenje:

1. komponenta

Vrsta nastaveUkupno
Predavanja 30
Auditorne vježbe 15
* Opterećenje je izraženo u školskim satima (1 školski sat = 45 minuta)
Opis predmeta:
CILJEVI PREDMETA: Stjecanje znanja i kompetencija iz fizike elementarnih čestica koja dovode studenta do mogućnosti kvantitativnih proračuna mjerivih veličina i produbljivanja teorijskih metoda iz srodnih fizikalnih disciplina (nuklearne fizike, astrofizike i kozmologije te fizike kondenzirane tvari).
Predmet objedinjuje znanja stečena u kolegijima kvantne mehanike i klasične elektrodinamike u relativističko-kvantni opis međudjelovanja elementarnih čestica. Najprije se ovladava procesima u kvantnoj elektrodinamici (QED), koji su potom uzor za opis preostalih temeljnih sila.
Predmet osigurava ulazne kompetencije za specijalističke kolegije 4. i 5. godine studija (Relativistička kvantna fizika, Teorija polja, Fizikalna kozmologija, Medicinska fizika, Fizika izvan standardnog modela) te kolegije doktorskog studija.
Kroz kolegij student se upoznaje s pristupima zahtjevnim problemima, primjerice s organizacijom rada velike grupe kao onih na CERN-u, što je dovelo do ?web-a? i interneta kao ?spinoffa?. Student dobiva i uvid u najnovije tehnologije koje su ušle u sve pore života (laserski čitači na blagajnama, uporaba popravki od specijalne i opće teorije relativnosti kod GPS-a, PET-tomografija u medicinskoj fizici).

ISHODI UČENJA NA RAZINI PROGRAMA KOJIMA PREDMET DOPRINOSI:

1. ZNANJE I RAZUMIJEVANJE:
2.2. pokazati temeljito poznavanje naprednih metoda teorijske fizike, a posebno klasične mehanike, klasične elektrodinamike, statističke fizike i kvantne fizike;
2.3. pokazati temeljito poznavanje važnijih fizikalnih teorija što uključuje njihovo značenje, eksperimentalnu motivaciju i potvrdu, logičku i matematičku strukturu i povezane fizikalne pojave;
2.4. navesti i opisati najsuvremenije znanstvene spoznaje u području svoje specijalizacije;

2. PRIMJENA ZNANJA I RAZUMJEVANJA:
2.1. razviti način razmišljanja koji omogućava postavljanje modela ili prepoznavanje i primjenu postojećih modela u traženju rješenja za konkretne fizikalne i analogne probleme;
2.3. primijeniti standardne metode matematičke fizike, posebno matematičke analize i linearne algebre te odgovarajuće numeričke metode kod rješavanja fizikalnih problema;
2.4. primijeniti postojeće modele za razumijevanje i objašnjenje novih eksperimentalnih pojava i podataka;

4. KOMUNIKACIJSKE SPOSOBNOSTI:
4.2. steći vještinu prilagodbe prezentacije vlastitih rezultata istraživanja, kako ekspertima u području, tako i široj publici;
4.3. koristiti engleski jezik kao jezik struke pri komunikaciji, korištenju literature i pisanju znanstvenih i stručnih radova;

5. SPOSOBNOST UČENJA:
5.1. samostalno koristiti stručnu literaturu i ostale relevantne izvore informacija što podrazumijeva dobro poznavanje engleskog kao jezika struke;
5.2. samostalno pratiti razvoj novih spoznaja u polju fizike te dati stručno mišljenje o njihovom dosegu i mogućim primjenama;
5.3. uključiti se u znanstveni rad i istraživanja u sklopu doktorskog studija;

OČEKIVANI ISHODI UČENJA NA RAZINI PREDMETA:

Po završetku kolegija Fizika elementarnih čestica 1 student će biti sposoban:
* klasificirati temeljne čestice i sile u prirodi, navesti mase i vremena života čestica karakteričnih za pojedine interakcije, demonstrirati poznavanje sustava mjernih jedinica prilagođenih relativističkoj kinematici (prirodni sustav jedinica i Heaviside-Lorentzov racionalizirani sustav jedinica);
* napisati Maxwellove jednadžbe u kovarijantnom obliku, navesti relativistički kovarijantni Lagrangian iz kojeg se varijacionim postupkom mogu izvesti Maxwellove jednadžbe i demonstrirati poznavanje odgovarajućeg izvoda;
* demonstrirati poznavanje heurističkog izvoda Schrödingerove i Klein-Gordonove jednadžbe i pridružene jednadžbe kontinuiteta, navesti relativistički kovarijantni Lagrangian iz kojeg se varijacionim postupkom može izvesti Klein-Gordonova jednadžba i demonstrirati poznavanje odgovarajućeg izvoda;
* izvesti Diracovu jednadžbu linearizacijom Klein-Gordonove jednadžbe, navesti relativistički kovarijantni Lagrangian iz kojeg se varijacionim postupkom može izvesti Diracova jednadžba i demonstrirati poznavanje odgovarajućeg izvoda;
* riješiti Diracovu jednadžbu za slobodnu česticu i demonstrirati poznavanje osnovnih svojstava Diracovih spinora;
* navesti svojstva temeljnih međudjelovanja na diskretne C, P i T transformacije, obrazložiti kako se prostorni paritet piona određuje putem s-valnih raspršenja piona na deuteronu; prikazati rezidualnu jaku silu kojom se proton i neutron vežu u deuteron pomoću dijagrama kvarkovskog toka;
* navesti očuvane veličine pridružene zasebnim kontinuiranim prostorno-vremenskim simetrijama (Noetherin teorem), obrazložiti kako se u zakon očuvanja energije uklapa Lavoisierov zakon očuvanja mase pri kemijskim reakcijama;
* demonstrirati poznavanje formalizma druge kvantizacije, izraziti energiju, impuls i spin polja pomoću operatora broja čestica, izraziti naboj Diracovog polja pomoću operatora broja čestica;
* demonstrirati poznavanje osnovnih koncepata kvantne elektrodinamike (S-matricu, Dysonovu formulu i Feynmanova pravila za QED). Kvalitativno i kvantitativno opisati procese u drugom redu računa smetnje (Moelerovo raspršenje, Bhabhaino raspršenje, Comptonovo raspršenje i produkcija/anihilacija para) te anihilaciju elektrona i pozitrona u mion i antimion.

SADRŽAJ PREDMETA:

Predavanja - s naznakom poglavlja dualnog izbora udžbenika, na hrvatskom ( FEČ) i na engleskom (MPP)

1. tjedan - Fizika čestica kao fizika realnog svijeta: Kratka povijest otkrića praćenih dodjelom Nobelovih nagrada; Identifikacija čestica i uvođenje medijatora sila ( FEČ 1.1, 1.2 / MPP I).
2.-3. tjedan Bazični principi - relativistički, kvantni i princip simetrije: Relativistička kinematika i prilagođen sustav jedinica (Heavyside-Lorentzov i Prirodni sustav jedinica); Prikaz čestica tenzorskim poljima, Bilinearne kovarijante ( FEČ 2.1, 2.2 / MPP II).
4. -5. tjedan - Vjerojatnosti raspada i udarni presjeci: Sustav centra mase i laboratorijski sustav; Lorentz invarijantni fazni prostor ( FEČ 3.1.3 / MPP III).
6. tjedan - Diracova jednadžba: Scrhödingerova i Klein-Gordonova jednadžba; Linearizacija Klein-Gordonove jednadžbe i Diracove gama matrice; Klasično rješenje i kvantizirano Diracovo polje; čestični i antičestični spinori c
7. tjedan - Približne simetrije fizike elementarnih čestica: Diskretne simetrije C, P i T; Od nabojne simetrije do izospina te od izospina do okusne simetrije ( FEČ 2.1.3, 4.1.2 / MPP IV,IX).
8. tjedan - Dinamika kvarkova i hadrona: Jaka međudjelovanja i hadronski multipleti; Dijagrami kvarkovskog toka ( FEČ 4. / MPP IX).
9. tjedan - Varijacijski princip: Lagrangian Maxwellovog i Diracovog polja, Noetheričine struje ( FEČ 2.3.3 / MPP App. E).
10. tjedan - Princip lokalne (baždarne) simetrije: Lagrangian interakcije za QED; Raspršenje na potancijalu ( FEČ 3.3 / MPP V).
11. tjedan - Feynmanov opis elektrodinamike: Poopćenje nerelativističkog računa smetnje; Dysonova formula; Feynmanova pravila za QED; Fermijevo zlatno pravilo (FEČ 3.3 / MPP V).
12. tjedan - Procesi QED u 2. redu računa smetnje: Moelerovo raspršenje, Bhabhaino raspršenje,Comptonovo raspršenje i produkcija/anihilacija para QED (FEČ 3.3/ MPP V).
13. tjedan - Ostali procesi QED u 2. redu: Mottovo raspršenje i anihilacija ekektrona i pozitrona (FEČ 3.3.3, 4.1 / MPP VI).
14. -15. tjedan - Raspršenje leptona na nukleonima: Rutherfordovo i Mottovo raspršenje; Rosenbluthova formula (FEČ 4.2 / MPP VII).

Vježbe u predvidivih 15 jednosatnih termina prate gornje nastavne jedinice

OBVEZE STUDENATA:

Pismene provjere znanja (traži se barem 50% predanih zadaća)

OCJENJIVANJE I VREDNOVANJE RADA STUDENATA:

Ispit ima pismeni i usmeni dio. Studenti tijekom semestra predaju domaće zadaće, a pred izlazak na kolokvij i sažete odgovore na osnovna pitanja koja se provjeravaju na usmenom ispitu.
Literatura:
  1. I. Picek, Fizika elementarnih čestica, Sveučilište u Zagrebu, HINUS, Zagreb, 1997.
  2. M. Thomson, Modern particle physics, Cambridge University Press, 2013
  3. D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Harper&Row, 1987
  4. F. Halzen, A.D. Martin, Quarks & Leptons, J. Wiley&Sons, 1984.
Preduvjeti za:
Upis predmeta :
Položen : Klasična elektrodinamika
Položen : Kvantna fizika
7. semestar
Obavezni predmet - Redovni studij - Fizika; smjer: istraživački
Termini konzultacija:

Obavijesti

Repozitorij

Anketa

Na ovoj stranici trenutno nije odabrana niti jedna anketa!