Antal högskolepoäng: 7,5. Betygsskala: TH. Nivå: G2 (Grundnivå, fördjupad). Huvudområde: Teknik. Undervisningsspråk: Kursen ges på begäran på engelska. Överlappar följande kurs/kurser: EXTF05 och FKF050. Valfri för: F4aft, F4. Kursansvarig: Else Lytken, Else.Lytken@hep.lu.se, Fysiska institutionen. Förutsatta förkunskaper: FAFF10 Atom- och kärnfysik med tillämpningar. Prestationsbedömning: Muntlig tentamen, godkända hemuppgifter, godkänd laborationsrapport samt obligatoriskt studiebesök/obligatorisk uppsats. Övrigt: Kursen samläses med motsvarande kurs vid naturvetenskaplig fakultet och följer inte nödvändigtvis läsperiodsindelningen.

Syfte
Kursens syfte är att ge en övergripande redogörelse för de fundamentala upptäckter, som gjorts inom partikelfysiken de senaste decennierna och som lett fram till dagens bild av materiens uppbyggnad baserad på subnukleära beståndsdelar. En introduktion till de kvantfältteorier som utvecklats för att beskriva växelverkan mellan materiens byggstenar ges. Vidare kommer de grundläggande begreppen inom acceleratorteknologin samt den experimentella tekniken som används i dagens elektroniska detektorer att gås igenom. Presentationer från MAX/ESS. I kursen ingår också en laboration, som avser att mäta livstiden hos kosmiska muoner.

Mål

Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten

· Beskriva de fundamentala växelverkningarna i standardmodellen

· Redogöra för de grundläggande observationerna som lett till standardmodellen

· Diskutera förutspådda fenomen bortom standardmodellen.

· Vara orienterad om den aktuella forskningsfronten i högenergifysik

· Redogöra för universums utveckling, framför allt ur partikelfysikperspektiv

· Redogöra för konsekvenser på partikelnivå av astrofysikaliska observationer

· Redogöra för olika partiklars växelverkan med materia, speciellt detektormaterial

· Redogöra för hur man identifierar partiklar och bestämmer deras rörelsemängd.

· Redogöra för sekundära strålar av neutroner, myoner, pioner och fotoner vid t.ex. ESS och MAX.

· Vara orienterad om acceleratorers användning för materialstudier och medicinska tillämpningar

Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten

· Göra kvantitativa beräkningar på reaktioner och sönderfall med relativistisk kinematik

· Använda metoden med fyrmomentum för kvantitativa kinematiska beräkningar

· Tillämpa bevaringsregler på reaktioner och sönderfall

· Koppla upp en elektronisk detektion av myoner från den kosmiska strålningen och mätning av tiden till sönderfall.

· Med hjälp av MATLAB bestämma myonens livstid från de uppmätta värdena samt att generalisera livstidsmätningar på tidskalor för svaga sönderfall.

· Beräkna laddade partiklars rörelse i elektriska och magnetiska fält

Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten

· Värdera naturvetenskapes bild av universums uppbyggnad och utveckling baserat på observationer, modellbildning och teorier.

Innehåll
Kursen består av 2 moment, partikelfysik och kosmologi, 6 högskolepoäng (hp), samt acceleratorer och deras användning, 1.5hp.

Studenten ges en översikt över elementarpartiklar och deras växelverkan. Leptoner, kvarkar och sammansatta partiklar diskuteras, samt den elektromagnetiska, svaga och starka kraften och dess kraftförmedlare. Reaktioner och sönderfall representeras med Feynmandiagram. Speciellt införs partikelfysikens standardmodell med den elektrosvaga växelverkan och kvantkromodynamik. Higgs mekanismen introduceras och möjliga teorier bortom standard-modellen diskuteras tillsammans med en orientering om forskningsfronten i högenergifysik. Universums expansion och utveckling och kosmologins relation till partikelfysiken diskuteras. De viktigaste obesvarade frågorna i kosmologin, som mörk materia och asymmetrin mellan materia och antimateria uppmärksammas.

Metoder att bestämma identitet och rörelsemängd av partiklar gås igenom samt principen för högenergifysikexperiment. Experimentella studier av subatomära system kräver partikelstrålar med hög energi. Partikelacceleratorer används numer även i samhället i stort, t.ex. för medicinska tillämpningar och för materialstudier i fysik, farmakologi, biologi, kemi etc. Principerna för acceleration, främst synkrotron och linjäraccelerator, och lagring av partikelstrålar gås igenom. Exempel tas från den subatomära fysikens frontlinje, LHC vid CERN, samt de för materialstudier aktuella MAX och ESS i Lund. För dessa studeras även hur sekundära strålar av fotoner och neutroner skapas för användning för olika tillämpningar.

Litteratur
Kompendium ”Particle Physics and Cosmology”, tillgängligt från Kurslaboratoriet.
B.R. Martin and G. Shaw, Particle Physics, , John Wiley & Sons, 3 utgåva
ISBN 0-471-97285-1
Skrivet material som delas ut i samband med lektioner
Kompletterande läsning:
Williams, W.S.C.: Nuclear and Particle Physics, Oxford Science Publications