Modern Experimental Particle Physics

fizyka

Znajomość Szczególnej Teorii Względności oraz podstaw nierelatywistycznej mechaniki kwantowej.

Wprowadzenie do współczesnej fizyki cząstek i przegląd najważniejszych wyników eksperymentów fizyki wysokich energii.

Model Standardowy fizyki cząstek to teoria, która opisuje znane nam cząstki fundamentalne i zachodzące pomiędzy nimi oddziaływania. Jego szczegółowe przedstawienie w ścisłym powiązaniu z wynikami doświadczalnymi jest głównym celem wykładu.

Wykład będzie się składał z sześciu bloków tematycznych:

1. Wprowadzenie do fizyki cząstek

- podstawy szczególnej teorii względności

- cząstki i oddziaływania w Modelu Standardowym

- symetrie w fizyce cząstek

- reakcje, diagramy Feynman'a, przekroje czynne

- eksperymenty w fizyce cząstek

2. Oddziaływania silne i struktura nukleonów

- Model Standardowy oddziaływań silnych: QCD

- Obserwable, eksperymenty na tarczy i rozpraszanie głęboko-nieelastyczne w zderzaczach cząstek

- Struktura nukleonu: od Rutherforda do projektu Electron Ion Collider

- Rozkłady 1D, 3D i 5D partonów w nukleonie.

3. Model Standardowy i bozon Higgsa w LHC

- Model Standardowy oddziaływań elektrosłabych i mechanizm Higgsa

- Pomiary bozonów W i Z

- Sygnatury bozonu Higgsa w LHC

- Wyniki pomiarów bozonu Higgsa w LHC

4. Oscylacje Neutrin

- własności i źródła neutrin

- wprowadzenie do modelu oscylacji neutrin

- poszukiwania łamania CP i wyznaczenie hierarchii mas

- poza Modelem Standardowym - neutrina sterylne

- przyszłe eksperymenty: DUNE i HyperK

5. Astrofizyka cząstek

- Ewolucja Wszechświata

- Promieniowanie kosmiczne, gamma i neutrinowe najwyższych energii

- Ciemna Materia i Ciemna Energia

- bezpośrednie i pośrednie poszukiwania Ciemnej Materii

6. Fizyka w przyszłych akceleratorach e+e-

- projekty zderzaczy i koncepcje eksperymentów

- prezyzyjne badania bozonu Higgsa w Fabrykach Higgsa

- badania kwarku t i fizyka zapachów

- bezpośrednie i pośrednie poszukiwanie fizyki poza Modelem Standardowym

Każdy blok będzie obejmował wprowadzenie teoretyczne, przegląd metod pomiarowych i podsumowanie wyników doświadczalnych w danej dziedzinie. Bloki będą prowadzone przez różnych wykładowców.

1. Donald H. Perkins, Wstęp do Fizyki Wysokich Energii, Wydawnictwo Naukowe PWN 2020

2. F. Halzen i A.D. Martin, Quarks and Leptons, Wiley 1984

3. Mark Thompson, Modern Particle Physics, Cambridge University Press 2018

4. Donald H. Perkins, Particle astrophysics, Oxford 2003

5. Jim Baggott, Higgs, Oxford 2012

Po ukończeniu kursu student:

WIEDZA

1. Zna cząstki fundamentalne Modelu Standardowego i ich oddziaływania

2. Zna wyniki doświadczeń, które ukształtowały naszą obecną wiedzę o Modelu Standardowym

3. Zna różne metody testowania Modelu Standardowego i poszukiwania odstępstw od jego przewidywań

UMIEJĘTNOŚCI

1. Potrafi opisać strukturę materii i ewolucję Wszechświata w języku fizyki cząstek

2. Potrafi interpretować wyniki eksperymentów fizyki i astrofizyki cząstek

3. Potrafi jakościowo przewidywać przebieg różnych procesów zderzeń cząstek wysokiej energii

Kryteria oceny:

* obecności na wykładach

* ćwiczenia domowe wykonywane w trakcie semestru

* końcowy egzamin testowy (pisemny)