Kursplan för
Teoretisk partikelfysik
Theoretical Particle Physics
EXTP25, 7,5 högskolepoäng, A (Avancerad nivå)
Gäller för: Läsåret 2013/14
Beslutad av: Utbildningsnämnd B
Beslutsdatum: 2013-04-10
Allmänna uppgifter
Valfri för: F4
Undervisningsspråk: Kursen ges på begäran på engelska
Syfte
Kursens syfte är att ge studenten de teoretiska grunderna för
standardmodellen för partikelfysik samt dess möjliga
utvidgningar.
Mål
Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten
- kunna redogöra för alla kvarkar, leptoner och gaugebosoner
som ingår i standardmodellen.
- kunna redogöra för de vanligaste hadronerna, samt beskriva
partiklarnas inbördes ordning i massa.
- förstå grunderna i gruppteori och hur grupper kan användas
för att beskriva symmetrier.
- förstå hur lokala gaugesymmetrier via kovarianta derivator
ger upphov till växelverkanstermer i lagrangetätheten och kunna
redogöra för hur man ur enkla symmetriantaganden kommer fram till
Maxwells ekvationer
- förstå hur Dirac-ekvationen hanteras i
lagrangetätheten.
- kunna redogöra för de olika termerna i lagrangetätheten för
standardmodellen samt vilka typer av processer dessa leder
till.
- förstå och kunna redogöra för higgsmekanismen och hur
partikelmassor kan introduceras genom denna.
- förstå hur man översätter växelverkanstermer i
lagrangetätheten till Feynmandiagram och kunna använda detta för
att göra uppskattningar av tvärsnitt för olika produktions-,
sönderfalls- och spridningsprocesser.
- förstå begreppet asymptotisk frihet och hur denna leder till
instängningsmekanismen för kvarkar och gluoner.
- kunna redogöra för hur kvarkar omvandlas till hadroner i
spridningsexperiment.
- förstå hur partontäthetsfunktioner mäts och används för
att beräkna tvärsnitt i hadronkollissioner.
- kunna beräkna livstider och sönderfallsvidder för de
elektrosvaga vektorbosonerna och för higgspartikeln, samt kunna
uppskatta produktionstvärsnitt för dessa.
- kunna redogöra för hur och varför kopplingskonstanter anses
kunna variera beroende på hur höga energier som är involverade i
en process, samt förklara varför den starka kopplingen minskar
med ökande energi, medan den elektromagnetiska kopplingen
ökar.
- kunna härleda hur mixning mellan kvarkfamiljer beskrivs i
standardmodellens lagrangetäthet, samt hur mixning mellan alla tre
kvarkfamiljer leder till att CP-symmetrin inte är bevarad.
- kunna redogöra för de viktigaste experimenten inom
partikelfysik sedan omkring 1980, förstå vilka typer av partiklar
som kan detekteras i dessa experiment och kunna redogöra för de
vanligaste typerna av detektorer.
- förstå hur existensen av neutrinomassor kan leda till
neutrinooscillationer och kunna uppskatta hur stora oscillationerna
blir beroende på hur stora masskillnaderna är.
- kunna beskriva hur man genom att lägga till termer i
standardmodellens lagrangetäthet kan studera möjliga utvidgningar
av standardmodellen samt kunna även beskriva de grundläggande
antagandena bakom storförening och supersymmetri.
- kunna ge exempel på hur astrofysiska observationer kan
begränsa vilka utvidgningar av standardmodellen som är möjliga
samt kunna uppskatta hur stor andel av den mörka materien som kan
utgöras av neutriner.
Kursinnehåll
- Standardmodellens byggstenar
- Gruppteori
- Lagrangefunktioner
- Standardmodellen
- Träffytor
- Stark växelverkan
- Elektrosvag växelverkan
- Skalbrott
- CP-brott
- Experiment
- Neutrinomassor och -oscillationer
- Storförening och supersymmetri
- Anknytningar till kosmologi och astrofysik.
Kursens examination
Betygsskala: TH
Prestationsbedömning: Muntlig tentamen och inlämningsuppgifter.
Antagningsuppgifter
Förutsatta förkunskaper: Obligatoriska kurser i matematik och fysik.
Begränsat antal platser: Nej
Kurslitteratur
- Enligt fastställd litteraturlista, vilken skall finnas tillgänglig senast fem veckor före kursstart.
Kontaktinfo och övrigt
Kursansvarig: Johan Bijnens, bijnens@thep.lu.se
Hemsida: http://www.thep.lu.se/english/education/courses/theoretical_particle_physics/
Övrig information: Kursen ges av naturvetenskapliga fakulteten (FYTN04) och följer inte läsperiodsindelningen.