FYSS4300 Hiukkasfysiikka (8 op)

Avaa opintojakson esite Sisussa
Opinnon taso:
Syventävät opinnot
Arviointiasteikko:
0-5
Suorituskieli:
englanti
Vastuuorganisaatio:
Fysiikan laitos
Opetussuunnitelmakaudet:
2020-2021, 2021-2022, 2022-2023, 2023-2024

Kuvaus

Osa 1: Hiukkasfysiikan ilmiömaailma ja laskennalliset työkalut

  • Hiukkasfysiikan käsitteet

  • Standardimallin hiukkassisältö ja alkeishiukkasten väliset vuorovaikutukset

  • Feynmanin graafit

  • Törmäyskinematiikan relativistinen käsittely

  • Vaikutusala ja hajoamisleveys

  • Alkeishiukkasiin liittyvät kvanttiluvut ja säilymislait

  • Aika-avaruuden symmetriat ja säilyvät suureet: siirto ja liikemäärä, kierrot ja pyörimismäärä, heijastus ja pariteetti, varauskonjugointi ja C-pariteetti

  • Isospin-symmetria, hadronien kvanttiluvut ja viritystilat

  • Hadronien kuvaaminen kvarkkimallilla: väri ja kvarkkien värivankeus

Osa 2: Hiukkasfysiikan standardimalli

  • Klassisen kenttäteorian perusteet

  • Ryhmäteorian perusteet, erityisesti U(1), SU(2) ja SU(3) ryhmät

  • Lagrangen tiheys, Eulerin-Lagrangen liikeyhtälöt ja Noetherin teoreema

  • Klassisen sähködynamiikan mittasymmetria

  • Relativistinen kvanttimekaniikka: Kleinin-Gordonin ja Diracin yhtälöt

  • Kvanttielektrodynamiikka

  • Kvanttiväridynamiikka

  • Sähköheikko yhtenäisteoria

  • Spontaani symmetriarikko ja Higgsin mekanismi

  • Vaikutusalojen laskeminen Feynmanin sääntöjä soveltaen häiriöteorian alimmassa kertaluvussa

  • CKM matriisi ja kvarkkien sekoittuminen

  • Hiukkasfysiikan kokeellisista menetelmistä 

Osaamistavoitteet

Opintojakson suoritettuaan opiskelija

  • Tuntee aineen rakenteen, alkeishiukkaset ja niiden väliset vuorovaikutukset

  • Osaa soveltaa erityistä suhteellisuusteoriaa hiukkasfysiikan kontekstissa

  • Osaa kuvata säilymislakien merkityksen törmäys- ja hajoamisprosesseissa

  • Ymmärtää kvanttielektrodynamiikan, kvanttiväridynamiikan ja sähköheikon yhtenäisteorian rakenteen mittasymmetriaperiaatteesta lähtien ja tuntee näiden teorioiden ilmiömaailmaa

  • Ymmärtää, miten alkeishiukkaset saavat massan Higgsin mekanismin välityksellä

  • Osaa kuvata sirontaprosesseja matemaattisesti

  • Hahmottaa, miten hiukkasfysiikkaa tutkitaan kokeellisesti 

Esitietojen kuvaus

  • FYSA2031 ja FYSA2032 Kvanttimekaniikka A ja B

  • FYSA2002 Moderni fysiikka, osa B (erityinen suhteellisuusteoria) 

Oppimateriaalit

Kari J. Eskolan luentomoniste

Kirjallisuus

  • B.R. Martin and G. Shaw: Particle Physics (Wiley), ISBN 0471 97285
  • F. Halzen and A.D. Martin: Quarks & leptons, An introductory course in modern particle physics (Wiley), ISBN 0-471-88741-2

Suoritustavat

Tapa 1

Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät ja välikokeet, tai harjoitustehtävät ja lopputentti. Esimerkkipainotus: harjoitustehtävät 1/3, lisäksi välikokeet 1/3+1/3 tai lopputentti 2/3.
Opetusajankohta:
Periodi 1, Periodi 2
Valitaan kaikki merkityt osat

Tapa 2

Kuvaus:
Tämä suoritustapa on tarkoitettu opiskelijoille, joille suoritustapa 1 ei erityisistä syistä ole mahdollinen (esim. opetuskieli, asuminen muualla, suositus yksilöllisistä opintojärjestelyistä). Suoritustavasta on otettava yhteyttä opettajaan ennen kurssille ilmoittautumista.Suoritusajankohdasta sovittava tentaattorin kanssa.
Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät ja tentti.
Valitaan kaikki merkityt osat
Suoritustapojen osat
x

Osallistuminen opetukseen (8 op)

Tyyppi:
Osallistuminen opetukseen
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät ja välikokeet, tai harjoitustehtävät ja lopputentti. Esimerkkipainotus: harjoitustehtävät 1/3, lisäksi välikokeet 1/3+1/3 tai lopputentti 2/3.
Suorituskieli:
englanti
Työskentelytavat:

Luennot ja laskuharjoitukset + välikokeet tai lopputentti. 

Opetus

x

Itsenäinen työskentely (8 op)

Tyyppi:
Itsenäinen työskentely
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Harjoitustehtävät ja tentti.
Suorituskieli:
englanti
Työskentelytavat:

Itsenäinen opiskelu, harjoitustehtävät ja tentti.  

Opetus