Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра физики элементарных частиц

Электрослабое взаимодействие

профессор Бунятов Степан Агаронович, ст.преподаватель Докучаева Валентина Александровна
9 семестр, 30 часов

Современное состояние теории и экспериментальных исследований в области электрослабых взаимодействий. Теория Ферми бета-распада. V-A. Теория универсального слабого взаимодействия. Противоречия теории Ферми при высоких энергиях. Калибровочная SU(2) U(1) теория электрослабого взаимодействия Глэшоу-Вайнберга-Салама. Спонтанное нарушение SU(2) U(1)-симметрии. Механизм Хиггса. Методы расчета электрослабых процессов. Недостатки теории ГВС. Теория Великого Объединения. Суперсимметричные модели.

Численные методы в физике

Цель курса - научить студентов применять современные численные методы с применением компьютеров в физике. Курс состоит из следующих разделов: Приближение функций с помощью интерполяционных полиномов. Приближение функций с помощью сплайнов. Оценки погрешностей. Формула Эрмита. Приближенное вычисление интегралов методом Гаусса и другими методами. Оценки погрешностей. Метод Ричардсона повыщения точности приближенных решений. Метод Ромберга. Расчет траектории заряженной частицы в магнитном поле. Обратные задачи динамики движения заряженных частиц.

Физика конденсированного состояния вещества

Современное представление о конденсированных средах. Физика конденсированных сред и другие разделы естествознания. Симметрия кристаллов и экспериментальные методы определения кристаллических структур, мюонный метод. Квантовые кристаллы. Концепция квазичастиц. Динамика кристаллической решетки и электроны в кристаллах. Фазовые переходы. Магнитные явления. Корреляционные функции и средние величины в статистической физике. Термодинамические функции. Рассеяние нейтронов, заряженных частиц и света. Теория линейной реакции системы на внешние возмущения. Восприимчивость системы и функции релаксации. Двухвременные функции Грина. Взаимодействие электронов и фононов. Сверхпроводимость. Сверхпроводники I и II рода. Критические токи сверхпроводников. Эффект Джозефсона. Основы микроскопической теории сверхпроводимости и высокотемпературная сверхпроводимость. Использование сверхпроводимости в науке и технике. Криогенное экспериментальное оборудование.

Основы компьютинга и информационных технологий

Курс предназначен для сжатого ознакомления с наиболее существенными характеристиками MS Windows от 3.11 до NT, введения в работу в системе UNIX (основные команды, оболочки, работа с текстами); ознаком ление с основами ситевых технологий и маршрутизации сетевых пакетов (протокол TCP/IP, программые приложения, Internet), введение в работу в оконной среде X - Windows; ознакомление с архитектурой WWW, используемыми протоколами, основами языка HTML; ознакомления с системами электронной почты и видами графиических форматов файлов, наиболее распространенных в среде Internet. На практических занятиях студенты получают навыки практической работы Word for Windows, UNIX, X-Windows, WWW, e-mail. В курсе отслеживаются текущие изменения в рассматриваемых технолгиях.

Техника физического эксперимента.

профессор, нач. сектора в ОИЯИ Никитин Владимир Алексеевич
9 семестр, 32 часа

1. Основные принципы планирования эксперимента и проектирования физической установки. Выбор физической задачи. Анализ состояния проблемы с экспериментальной и теоретической точек зрения. Оценка возможной точности измерения. Выбор метода исследования и состава аппаратуры. Оценка конкурентоспособности, технической и экономической возможности реализации проекта. Применение вышеизложенных положений к планированию и проведению исследований дифракционного взаимодействия адронов. Краткий обзор теоретических и экспериментальных сведений о дифракции адронов. Анализ кинематики упругого и неупругого взаимодействия частиц.
2. Аппаратура для спектрометрических измерений. Спектрометрический тракт. Анализ теплового и токового шума и других факторов, влияющих на энергетическое разрешение установки. Сравнение характеристик полупроводниковых, сцинтилляционных и газовых детекторов. Дрейфовые камеры с трехмерным восстановлением координат событий (ТРС).
3. Черенковские счетчики: пороговые, диференциальные, кольцевые.
4. Электромагнитные и адронные калориметры.
5. Детекторы переходного излучения.
6. Анализ работы некоторых типичных установок с фиксированной мишенью и на встречных пучках. Построение многоуровневой системы триггера.
7. Основные параметры ускорителей и пучков. Принцип автофазировки. Слабая и сильная фокусировки. Магнитная оптика и построение каналов транспортировки пучков.

В данном курсе 6 часов отводится на заслушивание и анализ рефератов, подготовленных студентами. Темы рефератов побираются так, чтобы углубить и детализировать материал, даваемый на лекциях.

Физика элементарных частиц

I. ВВЕДЕНИЕ

Стандартная Модель в физике частиц и ее основные положения. Открытие глубоко неупругих процессов во взаимодействии лептонов с нуклонами и жестких процессов во взаимодействии адронов (реакции с большой передачей импульса). Партонная модель. От партонов к кваркам и глюонам. Квантовая хромодинамика и ее экспериментальное основание. Спектр масс кваркониев. Потенциал кварк-антикваркового взаимодействия. Цвет и его пленение - конфайнмент. Асимптотическая свобода в КХД. Недостаток Стандартной Модели - большое количество свободных параметров.

II. ЖЕСТКИЕ АДРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Экспериментальное открытие жестких процессов (с большой передачей импульса). Полиномиальное поведение неупругого дифференциального сечения при большом переданном импульсе. Аналогия с опытом Резерфорда и точечно подобные конституенты адронов. Рождение струй адронов. Кварковые и глюонные струи. Подтверждение предсказаний КХД в рамках теории возмущений. Понятие структурной функции адрона и ее измерение в ГНР лептонов. Распределение валентных и морских кварков и глюонов по масштабной переменной Х в нуклоне и пионе. Спинозависящая структурная фукция.

III. МЯГКИЕ АДРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ

Основные характеристики мягких процессов: энергетическое поведение сечений и средней множественности вторичных частиц. Быстрота, область фрагментации мишени и пучка, центральная область. Масштабная инвариантность и ее нарушения. Асимптотика адронных процессов. Оптическая аналогия. Дифракционные процессы. Эйкональное приближение. Вычисление амплитуды через потенциал. Оптическая теорема. Характеристики упругого рассеяния: наклон дифракционного конуса, действительная часть амплитуды рассеяния. Рост области сильного взаимодействия частиц с ростом энергии и интерпретация этого явления в партонной модели. Интерференция сильного электромагнитного взаимодействия при малом переданном импульсе и измерение действительной части амплитуды рассеяния. Ее описание по дисперсионному соотношению. Неупругая дифракция и ее описание в партонной модели. Основные постулаты квантовой теории поля: релятивистская инвариантность, причинность, унитарность, спектральность. Результаты их экспериментальной проверки.

IV. СИСТЕМАТИКА ЧАСТИЦ

Фундаментальные конституенты материи: кварки, лептоны и калибровочные бозоны. Кварковые модели частиц. Квантовые числа кваркония. Экзотические и неэкзотические состояния. Симметрии. Изотопическая симметрия SU(2) и ее следствия в реакциях рождения и распада частиц. Унитарная симметрия SU(3) и распределение частиц по мультиплетам.

Кварковая структура нуклонов

Спецкурс посвящен изложению современного состояния изучения структуры протонов и нейтронов. Разбит на следующие разделы: Введение. Стандартная модель элементарных частиц и основные свойства кварковой модели адронов. Глубоконеупругое рассеяние (ГНР) лептонов (электронов, мюонов, нейтрино) на нуклонах и ядрах - "микроскоп" для изучения струк туры нуклонов. Аппаратура для изучения ГНР. Доказательство кварковой структуры нуклонов. Изучение структуры спина нуклонов.

Квантовая теория поля

Излагаются основополагающие принципы квантовой теории поля: Лагранжев формализм. Теорема Нетер. Сохраняющиеся величины. Поля и их уравнения. Операторы рождения и уничтожения частиц. Вакуум и векторы состояния. S - матрица и ее представление в виде T - экспоненты. Квантование бозонных и фермионных полей. Нормальное произведение. Функции Грина и их особенности. Диаграммы Фейнмана. Примеры расчета матричных элементов амплитуды рассеяния на примере процесса комптоновского рассеяния фотона на электроне.

Статистические методы обработки результатов измерений в ядерной физике

Основные методы математической статистики для определения оценок параметров. Метод максимального правдоподобия и задача вычитания фоновых событий. Статистические оценки при малых объемах выборок для исходных распределений по нормальному и экспоненциальному законам. Проверка гипотез и теорий решений. Критерий согласия. Типичные для ядерной физики статистические задачи, связанные с флюктуациями числа регистрируемых частиц. Корреляционные свойства ядерных процессов. Математические методы обработки данных: методы минимизации функций, метод множителей Лагранжа при наличии связей и метод подстановки при наличии связей.

Современные методы регистрации чатиц

9 семестр, 32 часа

Трековые камеры на основе газоразрядных детекторов: импульсные годоскопы из счетчиков Гейгера, искровые и стримерные камеры, искровые камеры с автоматическим съемом информации, многонитяные пропорцио нальные и дрейфовые камеры. Электронные детекторы для измерения скорости частиц или ионизационных потерь: сцинтилляционные счетчики, пороговые и дифференциальные черенковские счетчики, полупроводниковые детекторы.

Некоторые вопросы кинематики элементарных частиц

Основные характеристики частиц релятивистского движения. Единицы измерения величин в физике частиц. Системы отсчета. Четырехмерные векторы, преобразования Лоренца. Сечение процесса. Моделирование, случайные числа. Вычисление геометрической эффективности регистрации событий методом моделирования. Моделирование многочастичных реакций методом Монте - Карло. Пример: алгоритм программы "ФОРС". Кинематический анализ событий и определение параметров распределений по методу минимума хи - квадрат. Понятие веса зарегистрированного события на основе потенциальных длин (потенциального времени). Применение метода максимума правдоподобия для оценки параметров закона распределения на основе нескольких измерений. Конкретные примеры.

Квантовая хромодинамика

Цель курса - ввести основные понятия квантовой хромодинамики (КХД) как квантовополевой теории кварков и глюонов, объяснить их место и роль в общей схеме описания сильных взаимодействий элементарных частиц, дать представление о стандартных приемах работы с введенными объектами и, тем самым, создать необходимый задел для понимания журнальных публикаций по КХД.

Курс состоит из следующих разделов:

• Элементарные понятия о группах и алгебрах Ли. Группа SU(3).
• Кварки. Цвет. Неабелевы калибровочные поля.
• Лагранжиан КХД и правила Фейнмана.
• Расходимости и регуляризация в квантовой теории поля.
• Размерная регуляризация.
• Перенормировка.
• Ренормгруппа. Эффективный заряд.
• Асимптотическая свобода в КХД. Область ее применимости.
• Применение КХД для описания глубоко неупругих процессов.

Введение в физику стандартной модели.

Опираясь на общие принципы квантовой теории (соотношения неопределенности) и принцип размерности, анализируются качественные закономерности основных процессов стандартной модели.

Квантовая электродинамика.

• Эффекты второго порядка;
• радиационные поправки;
• явление Казимира.

Физика слабых взаимодействий.

• Распады мюона и таона;
• распады тяжелых кварков;
• физика нейтральных каонов;
• зависимость сечений от энергии;
• генезис электрослабой теории.

Электрослабые взаимодействия адронов.

• Формфакторы;
• глубоко-неупругое рассеяние лептонов на нуклонах.

Квантовая хромодинамика.

• Пертурбативные процессы;
• непертурбативная область:

  а) симметрии;

  б) спонтанное нарушение киральной симметрии;

  в) структура нуклона и пиона;

• кварконии.

Введение в полевую теорию стандартной модели

Опираясь на концепцию взаимодействия фундаментальных степеней свободы через поглощение и испускание частиц, вводится фейнмановская диаграммная техника. На этой основе формулируется квантовая электродинамика, теория слабых взаимодействий и квантовая хромодинамика. Проводятся расчеты простейших процессов. После этого прослеживается формальное доказательство сформулированной диаграммной техники на основе обычной концепции неабелевых калибровочных полей.

Ядерная электроника

Основные элементы современной ядерной электроники - цифровые: счетчики числа импульсов и их логическая элементная база, регистры, арифметические устройства. Газоразрядные детекторы и сопряженная с ними электроника. Усиление, формирование и регистрация сигналов. Сцинтилляционные детекторы и сопряженная с ними электроника. Фотоэлектронные умножители. Шумы и борьба с ними, усиление сигналов, стабилизация работы сцинтилляционных детекторов. Канальные умножилели. Ммикроканальные пластины, их характеристики, применения в том числе для получения изображений .

Полупроводниеовые детекторы и электроника усиления их сигналов, формирование сигналов от ППД, проблема шумов. Типы и особенности предварительных усилителей, применяемых в прецизионной спектрометрии сигналов. Линейные спектрометрические усилители. Амплитудный анализ. Типы и особенности преобразователей амплитуда - код (АЦП). АЦП для прецизионной спектрометрии сигналов. Требования к их характеристикам. Многоканальные анализароры , их структура и функции. Современная реализация многоканальных анализаторов на базе персональных компьютеров.

Метод совпадений. Задержанные совпадения. Схемы совпадений, их основные характеристики. Некоторые типы схем совпадений. Случайные совпадения. Методы точной временной привязки к сигналам от "медленных" детекторов. Мажоритарные совпадения. Некоторые схемы мажоритарных совпадений. Логические анализаторы сигналов.

Автоматизация физического эксперимента.

Профессор, доктор тех-нических наук, ведущий научный сотрудник ЛЯП ОИЯИ Цупко-Ситников Всеволод Михайлович.
9 семестр, 24 часов.

Физика "низких" и "высоких" энергий, специфика и общее. Основные типы ядерных излучений, методы и приборы их регистрации. Энергетическое разрешение различных типов детекторов. Приборная функция (функция отклика). Особенности регистрации гамма-излучения полупроводниковыми деректорами. Методы обработки сложных спектров. Метод анализа (фото)пиков, его методическая, математическая и программная реализация. Многомерные измерения. Многомерный амплитудно-временной анализ. Особенности, объемы получаемой информации, методы регистрации и обработки. Некоторые примеры автоматизации абработки, в частности, формально- логический методпостроения сложных схем распада ядер. Методы сжатия информации. Определение Понятия информации по Шеннону и Колмогорову. Приемы и методы сжатия информации. Стандатры электроники. Стандарты: NIM, КАМАК (подробно), ФАСТБАС, шина VME, FUCHERBUS. Динамика развития экспериментов в физике высоких энергий с точки зрения объемов регистрируемой информации и необходимой регистрирующей аппаратуры. Сети ЭВМ. Сеть ЭВМ в ОИЯИ.