01.04.16 Физика атомного ядра и элементарных частиц

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Утверждаю
Директор
Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Физического института им.
П.Н. Лебедева Российской академии наук,
академик
________________Г.А. Месяц
«___»
2012г.
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
послевузовского профессионального образования,
реализуемая в ФИАН по специальности
01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
Специальная дисциплина отрасли науки и научной специальности.
01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
Название дисциплины -ОД.А.03. Физика атомных ядер.
Москва, 2012
Программа
специальной дисциплины послевузовского профессионального образования по
специальности 01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
ОД.А.03 Физика атомных ядер.
Утверждена на заседании
Учёного Совета ФИАН «
»
2012 г., протокол №
Председатель Учёного Совета ФИАН _____________
(подпись)
___Месяц Г.А.
(дата)
Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с Федеральными
государственными требованиями к структуре основной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности 01.04.16.
Физика атомного ядра и элементарных частиц (утверждена приказом Министерства
образования и науки Российской Федерации от 16.03.2011 г. № 1365) и учебным планом по
специальности 01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка
Рабочий учебный план
Содержание дисциплины
Список литературы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целью курса является изучение свойств атомных ядер, включая. структуру атомных ядер,
условия устойчивости атомных ядер, свойства связанных состояний частиц и резонансов,
теорию механических и магнитные моментов ядер, теорию ядерных взаимодействий.
Предполагается освоение фундаментальных закономерностей, связанных со свойствами
нейтронов и протонов, с
исследованиями процессов радиоактивного и бета распада, с
условиями синтеза атомных ядер, с теорией ядерных реакций и спектроскопией атомных ядер.
Изучаются принципиальные схемы установок для ускорения атомных ядер и для формирования
пучков заряженных частиц большой энергии.
Актуальность курса обусловлена большим практическим и теоретическим значением
атомных ядер и связанных с ними энергетических процессов.
Объем курса составляет 72 часа, из которых 36 часов приходится на аудиторную
нагрузку и 36 часов отведено на самостоятельную работу аспирата
РАБОЧИЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование разделов и тем
1. Тема: «Структура атомных
ядер»
2. Тема: «Устойчивость атомных
ядер»
3. Тема: «Связанные состояния
частиц и резонансы»
4. Тема «Механические и
магнитные моменты ядер»
5. Тема: «Внутренняя структура
нуклонов»
6. Тема: «Ускорение атомных
ядер»
Итого:
Трудоемкость
(часы/зач.
единицы)
12
В том числе аудиторных часов
Всего Лекции Семинары
Инд.
сам.работа
6
4
2
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
2
4
6
72/2
36/1
18
18
36/1
Тема: «Структура атомных ядер»
Нейтроны, и протоны. Как составные части атомных ядер. Взаимодействия между нуклонами.
Устойчивость атомных ядер. Радиоактивность и бета–распад. .Ядерные реакции.. Синтез
атомных ядер. Дефект массы и энергия, выделяемая при ядерных реакциях.
Тема: «Устойчивость атомных ядер»
Пи- мезоны и их роль в процессах взаимодествия между нуклонами. Время жизни нейтрона.
Быстрые и медленные нейтроны. Нейтронная спектроскопия. Гипероны и адроны. Свойства
ядер с большим числом нуклонов.
Тема: «Связанные состояния частиц и резонансы»
Условия для связывания нуклонов. Распад связанного состояния на свободные частицы.
Уравнение Бете-Солпитера.
Тема «Механические и магнитные моменты ядер»
Спин нуклона. Магнитные моменты нейтрона и протона. Ядерный магнитный резонанс.
Ядерная спектроскопия. Рассеяние гамма-квантов на атомных ядрах.
Тема: «Внутренняя структура нуклонов».
Кварки и глюоны. Условия существования кварков. Силы взаимодействия между кварками.
Типы кварков и условия их объединения в элементарных частицах.
Тема: «Ускорение атомных ядер»
Типы ускорителей. Столкновения между ядрами. Скалярные бозоны и возможность их
регистрации при столновениях ядер в области высоких энергиях. Бозон Хиггса.
4
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика», «Наука», Москва, 1973 г.
2. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика сплошных сред». Гос.издательство техн.теоретической литературы. Москва, 1963 г.
3. Л.П.Ландау, Е.М.Лифшиц «Статистическая физика», «Наука», Москва, 1964 г.
4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Квантовая механика. Нерелятивистская теория».
Гос.издательство физико-математической литературы, Москва, 1963 г.
5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Теория поля». Гос. издательство физико-математической
литературы, Москва, 1960 г.
6. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Электродинамика сплошных сред». Гос. издательство техн.теоретической литературы, Москва, 1957 г.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. А.С.Давыдов «Квантовая механика» Гос. издательство физико-математической литературы,
Москва,1963 г.
2. Н.Е.Кочин, И.А.Кибель, Н.В.Розе «Теоретическая гидродинамика», Гос. издательство
физико-математической литературы, Москва, 1963 г.
3. А.А.Адронов, А.А.Витт, С.Э.Хайкин «Теория колебаний» Физматгиз, Москва, 1959 г.,
гл.П.Ш
4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Релятивистская квантовая теория поля. Изд. Наука, Москва, ч.1,
1968 г.; ч.11, 1971
5. Н.Н.Боголюбов, Д.В.Ширков. «Введение в теорию квантовых полей». «Наука», Москва, 1976
г.
5
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Утверждаю
Директор
Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Физического института им.
П.Н. Лебедева Российской академии наук,
академик
________________Г.А. Месяц
«___»
2012г.
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
послевузовского профессионального образования,
реализуемая в ФИАН по специальности
01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
___________________________________________________________
Специальная дисциплина отрасли науки и научной специальности.
Название дисциплины - ОД.А.04 "Общие вопросы квантовой механики"
Москва, 2012
Программа
специальной дисциплины послевузовского профессионального образования по
специальности 01.04.16. "Физика атомного ядра и элементарных частиц".
ОД.А.04 "Общие вопросы квантовой механики"
Утверждена на заседании
Учёного Совета ФИАН «
»
2012 г., протокол №
Председатель Учёного Совета ФИАН _____________
(подпись)
___Месяц Г.А.
(дата)
Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с Федеральными
государственными требованиями к структуре основной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности 01.04.16.
Физика атомного ядра и элементарных частиц (утверждена приказом Министерства
образования и науки Российской Федерации от 16.03.2011 г. № 1365) и учебным планом по
специальности 01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка
Рабочий учебный план
Содержание дисциплины
Список литературы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Кавнтовая механика является фундаментальной дисциплиной, раскрывающей основные
закономерности микромира. Развитие квантовой механики начинается с описания свойств
простейших атомных систем. Дальнейшее обобщение методов квантовой механики привело
формированию квантовомеханического описания молекул, кристаллов, квантовых точек и
гетерогенных квантовомеханических систем. В настоящее время методы квантовой механики
применяются при установлении закономерностей в атомных ядрах и при описании
элементарных частиц. Квантовая теория электромагнитных процессов в материальных средах и
квантовая теория поля позволяют сформировать представления о свойствах квантовых
объектов с очень большим числом степеней свободы.
Цель данной дисциплины состоит в изучении общих теоретических и экспериментальных
методов квантовой механики в различных разделах физики.
Объём курса составляет 72 часа, из которых 36 часов приходится на аудиторную нагрузку
и 36 часов отведено на самотоятельную работу аспиранта.
РАБОЧИЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование разделов и тем
Трудоемкость
(часы/зач.
единицы)
понятия
12
1. Тема: «Основные
квантовой механики»
2. Тема: «Примеры квантового
описания
объектов
и
процессов»
3. Тема: «Момент количества
движения»
4. Тема:
«Спектроскопия
сложных атомов»
5. Тема: «Движение частиц в
магнитном поле»
6. Тема: «Движение частиц в
периодическом поле»
Итого:
В том числе аудиторных часов
Всего Лекции Семинары
Инд.
сам.работа
6
4
2
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
2
4
6
72/2
36/1
18
18
36/1
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема: «Основные понятия квантовой механики»
Процесс измерений и принцип дополнительности. Принцип неопределенности. Принцип
суперпозиции. Операторы, их сложение и умножение. Дискретный и непрерывный спектр.
Операторы энергии и импульса. Гамильтониан и дифференцирование операторов по времени.
Стационарные состояния. Представление операторов в виде матриц. Гайзенберговское
представление. Оператор импульса. Соотношения неопределенности.
Уравнение Шредингера. Основные свойства уравнения Шредингера.
Тема: «Примеры квантового описания объектов и процессов».
Одномерное движение. Одномерный осциллятор. Плотность потока. Квазиклассическая
волновая функция. Прохождение движущихся частиц через потенциальный барьер.
Квантование гармонического осциллятора. Движение частицы в периодическом поле..Частица в
потенциальном ящике. Движение в центральносимметричном поле.
Тема: «Момент количества движения»
Собственные функции и собственные значения момента количества движения. Четность.
Сложение моментов. Атом водорода. Сферические и плоские волны. Радиальное уравнение
Шредингера. для атома водорода и водородоподобных атомов.. Теория возмущений. не
зависящих от времени. Влияние электрического поля на атомные Секулярное уравнение.
Теория возмущений, зависящих от времени. Периодические возмущения. Спин. Оператор
спина. Тождественность частиц. Принцип неразличимости. Симметрия при перестановках
частиц. Обменное взаимодействие. Вторичное квантование для бозонов и фермионов.
Тема: «Спектроскопия сложных атомов».
Состояние электронов в атоме. Спектральные термы. Спин -орбитальное взаимодействие.
Полный механический момент электрона в атоме. Тонкая структура атомных термов. Правило
сложения моментов. Вероятности переходов между энергетическими уровнями в атоме.
Правила отбора.. Сверхтонкая структура атомных термов. Магнитный момент атомов и ионов.
Самосогласованное поле. Уравнение Томаса-Ферми.. Периодическая система Менделеева.
Тема: «Движение частиц в магнитном поле».
Уравнение Шредингера для движения в магнитном поле. Плотность потока в магнитном поле.
Столкновение частиц. Общая теория. Формула Борна. Резонансное рассеяние. Столкновение
тождественных частиц. Упругое рассеяние при наличии неупругих процессов. Матрица
рассеяния. Формула Брейта-Вигнера.
Тема: «Движение частиц в периодическом поле»
Электронный спектр твердых тел. Зонная теория. Симметрия и законы сохранения.
Основные понятия теории групп. Абелевы и неабелевы, дискретные и непрерывные группы.
Алгебры Ли. Классические серии простых комплексных алгебр Ли. Представления групп и
алгебр. Тензоры. Диаграммы Юнга как представления GL и унитарные представления.
Элементы геометрии. Дифференциальные формы и теорема Стокса. Фактор- пространства,
алгебры Клиффорда и алгебры Вейля. Спиноры.
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика», «Наука», Москва, 1973 г.
2. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика сплошных сред». Гос. издательство техн.теоретической литературы. Москва, 1963 г.
3. Л.П.Ландау, Е.М.Лифшиц «Статистическая физика», «Наука», Москва, 1964 г.
4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Квантовая механика. Нерелятивистская теория».
Гос.издательство физико-математической литературы, Москва, 1963 г.
4
5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Теория поля». Гос. издательство физико-математической
литературы, Москва, 1960 г.
6. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Электродинамика сплошных сред». Гос.издательство техн.теоретической литературы, Москва, 1957 г.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Г.Годстейн «Классическая механика» Гос.издательство техн.-теоретической литературы,
Москва,1957 г.
2. А.С.Давыдов «Квантовая механика» Гос.издательство физико-математической литературы,
Москва,1963 г.
3. Н.Е.Кочин, И.А.Кибель, Н.В.Розе «Теоретическая гидродинамика», Гос.издательство физикоматематической литературы, Москва, 1963 г.
4. А.А.Адронов, А.А.Витт, С.Э.Хайкин «Теория колебаний» Физматгиз, Москва, 1959 г.,
гл.П.Ш
5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Релятивистская квантовая теория поля. Изд.Наука, Москва, ч.1,
1968 г.; ч.11, 1971
6. Н.Н.Боголюбов, Д.В.Ширков. «Введение в теорию квантовых полей». «Наука», Москва, 1976
г.
7. В.П.Силин «Введение в кинетическую теорию газов», Москва, Наука, 1971 г.
5
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Утверждаю
Директор
Федерального государственного бюджетного
учреждения науки Физического института им.
П.Н. Лебедева Российской академии наук,
академик
________________Г.А. Месяц
«___»
2012г.
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
послевузовского профессионального образования,
реализуемая в ФИАН по специальности
01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
Специальная дисциплина отрасли науки и научной специальности.
Название дисциплины -ОД.А.05 Физика элементарных частиц.
Москва, 2012
Программа
специальной дисциплины послевузовского профессионального образования по
специальности 01.04.05- Оптика
ОД.А.05 Физика элементарных частиц.
Утверждена на заседании
Учёного Совета ФИАН «
»
2012 г., протокол №
Председатель Учёного Совета ФИАН _____________
(подпись)
___Месяц Г.А.
(дата)
Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с Федеральными
государственными требованиями к структуре основной образовательной программы
послевузовского профессионального образования (аспирантура) по специальности 01.04.16.
Физика атомного ядра и элементарных частиц.(утверждена приказом Министерства
образования и науки Российской Федерации от 16.03.2011 г. № 1365) и учебным планом по
специальности 01.04.16. Физика атомного ядра и элементарных частиц.
СОДЕРЖАНИЕ
Пояснительная записка
Рабочий учебный план
Содержание дисциплины
Список литературы
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целью курса является изучение физических закономерностей, связанных со
свойствами элементарных частиц..
в оптике, включая широкий диапазон спектра
электромагнитных волн: от инфракрасного области до рентгеновского диапазона длин
волн. Курс включает в себя элементы геометрической оптики с учётом распространения
света в оптически неоднородных средах. Анализируются процессы отражения света от
поверхности и его преломления при прохождении через границу раздела двух сред.
Рассмотрены условия длч отрицательного преломления и проводится анализ оптических
свойств "правых" и "левых" материальных сред. Изучаются волновые свойства света,
включая поляризационные эффекты, дифракцию и интерференцию. Анализируются типы
приборов и устройств, основанные на учёте и использовании явлений поляризации,
дифракции и интерференции. Изучаются процессы взаимодействия электромагнитного
излучения
с
веществом:
поглощение
света,
комбинационное
рассеяние,
фотолюминесценция
Актуальность курса обусловлена большой практической значимостью оптических
приборов и устройств, используемых в различных областях человеческой деятельности...
Курс основан на использовании сведений из
смежных областей физики: акустики,
биофифизики, физики твёрдого тела, электротехники, квантовой электроники
Объем курса составляет 72 часа, из которых 36 часов приходится на аудиторную
нагрузку и 36 часов отведено на самостоятельную работу аспирата
РАБОЧИЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН
№
п/п
Наименование разделов и тем
1. Тема: «Кинематические
характеристики:элементарных
частиц»
2. Тема: «Электрослабые, сильные
и гравитационные
взаимодействия»
3. Тема: «Универсальный характер
взаимодействий и Великое
объединение»
4. Тема: «Кварковая структура
адронов»
5. Тема: «Слабые взаимодействия
при высоких энергиях»
6. Тема: «Скалярные и
псевдоскалярные бозоны»
Итого:
Трудоемкость
(часы/зач.
единицы)
12
В том числе аудиторных
часов
Всего Лекции Семина
ры
6
4
2
Инд.
сам.раб
ота
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
4
2
6
12
6
2
4
6
12
6
2
4
6
72/2
36/1
18
18
36/1
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Тема: «Кинематические характеристики элементарных частиц»
Энергия, импульс (поперечный и продольный, четырехимпульс), момент импульса.
Мандельштамовские переменные: s, t, u , фейнмановская переменная x, бьеркеновские
переменные, быстрота и псевдобыстрота.. Физические системы координат: система
центра масс, лабораторная система, симметричная система и др. Связь характеристик
частиц в инерциальных
системах: при
преобразованиях Лоренца. Инварианты
лоренцсвских преобразований. Внутренние квантовые числа: спин, изотопспин,
лептонный и барионный заряды, странность, чарм, бьюти, топ - и законы их сохранения.
Дискретная симметрия. Законы сохранения. Дифференциальное и полное сечение реакций,
матричный элемент, фазовый объем. Особенности кинематики распада на две, три или
более частиц.
Тема: «Электрослабые, сильные и гравитационные взаимодействия»
Электроны. Нейтрино. Адроны. Бегущие константы взаимодействий. Характерные
эффективные сечения и другие особенности разных типов взаимодействий.
Фундаментальные частицы и их роль в процессах взаимодействия.
Тема: «Универсальный характер взаимодействий и Великое объединение»
Открытие позитрона, мюона, p -мезона, странных и очарованных частиц.
Фермионы (лептоны, кварки) и бозоны (глюоны, фотоны, W+-, W--, Z0-бозоны,
гипотетический бозон Хиггса, мезоны и резонансы). Распады частиц под влиянием
сильных, электромагнитных и слабых сил..Открытие t-кварка.Барионы, мезоны,
резонансы и ядра.
Тема: «Кварковая структура адронов»
Гипотеза суперсимметричных частиц. Великое объединение. Распад протона.
CP-нарушение и его экспериментальные проявления. CPT-теорема.
Распады нейтральных каонов. Углы смешивания Кабибо. Матрица Кабаяши-Маскавы.
Осцилляции странности. Регенерация каонов.
Тема: «Слабые взаимодействия при высоких энергиях»
Свойства электронов, мюонов, нейтрино (вейлевские, дираковские, майорана). Их заряды,
массы, лептонные числа, спиральность, нарушение четности. Поколения лептонов и
кварков и их возможное число. Методы определения (космологические и ускорительные).
Универсальный характер слабых взаимодействий. Осцилляции нейтральных каонов и
гипотеза нейтринных осцилляций. Осцилляции нейтрино в плотном веществе
Тема: «Скалярные и псевдоскалярные бозоны»
Тёмная материя и тёмная энергия. Астрофизические данные о присутствии тёмной
материи и тёмной энергии в окружающем пространстве. Гипотезы о природе
элементарных частиц тёмной материи. Свойства скалярных и псевдоскалярных бозонов.
Условия для генерации и детектирования скалярных и псевдоскалярных бозонов. .
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика», «Наука», Москва, 1973 г.
2. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Механика сплошных сред». Гос.издательство техн.теоретической литературы. Москва, 1963 г.
3. Л.П.Ландау, Е.М.Лифшиц «Статистическая физика», «Наука», Москва, 1964 г.
4. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Квантовая механика. Нерелятивистская теория».
Гос.издательство физико-математической литературы, Москва, 1963 г.
5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Теория поля». Гос.издательство физико-математической
литературы, Москва, 1960 г.
6. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц «Электродинамика сплошных сред». Гос.издательство техн.теоретической литературы, Москва, 1957 г.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА.
1. Г.Годстейн «Классическая механика» Гос.издательство техн.-теоретической литературы,
Москва,1957 г.
2. А.С.Давыдов «Квантовая механика» Гос.издательство физико-математической
литературы, Москва,1963 г.
3. Н.Е.Кочин, И.А.Кибель, Н.В.Розе «Теоретическая гидродинамика», Гос.издательство
физико-математической литературы, Москва, 1963 г.
4. А.А.Адронов, А.А.Витт, С.Э.Хайкин «Теория колебаний» Физматгиз, Москва, 1959 г.,
гл.П.Ш
5. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц, Релятивистская квантовая теория поля. Изд.Наука, Москва,
ч.1, 1968 г.; ч.11, 1971
6. Н.Н.Боголюбов, Д.В.Ширков. «Введение в теорию квантовых полей». «Наука», Москва,
1976 г.
7. В.П.Силин «Введение в кинетическую теорию газов», Москва, Наука, 1971 г.