FYS3510 ¨C Subatom?r fysikk med astrofysiske anvendelser

Beskrivelse av emnet

• Kort om emnet
• Hva l?rer du?
• Opptak og adgangsregulering
• Forkunnskaper

• Overlappende emner
• Undervisning
• Eksamen
• Evaluering av emnet

Kort om emnet

1. Grunnleggende begreper i h?yenergi kjerne- og partikkelfysikk: symmetrier, partikkelutveksling, spredning, tverrsnitt, henfallsrater, relativistisk bevegelsesl?re og kvantetall.
2. Leptoner, kvarker og hadroner. Den sterke vekselvirkningen: farge, kvantekromodynamikk (QCD). Bundne tilstander: mesoner og baryoner. Uelastisk spredning. Funksjoner for partonfordelingen. Svake vekselvirkninger og elektrosvak forening, ladde og n?ytrale str?mmer. Boson- og fermionmasser. Spontane symmetribrudd og Higgsmekanismen. Fargeoscillasjoner, CP- og T-brudd. Egenskapene til n?ytrinoene. Standardmodellen for partikkelfysikk inkludert utvidelser. Sammenspleising av alle naturkreftene (Grand Unified Theories, GUT), supersymmetri, m?rk materie, antimaterie.
3. Fundamentale egenskaper ved nukle?re vekselvirkninger. Stabiliteten til atomkjerner og kreftene som spiller inn. Ulike modeller for kjernefysikk. Radioaktivitet. Fisjon. Fusjon. Relativistiske kollisjoner med tunge ioner. Sterkt vekselvirkende materie. Kvark-gluon plasma

Hva l?rer du?

Studentene f?r en introduksjon i moderne subatom?r fysikk, med hovedvekt p? element?rpartikkelfysikk. Den teoretiske bakgrunnen samt den eksperimentelle st?tten for standardmodellen i partikkelfysikk, som beskriver de fundamentale partiklene (fermioner og bosoner) og vekselvirkningene mellom dem (formidlet av kraft(gauge)-bosoner). Fysikken i det tidlige univers vil ogs? bli gjennomg?tt i korte trekk. Kurset forklarer hvordan kvarker bygger opp hadroner og hvordan kjernepartiklene bygger opp atomkjernene. Et sammendrag av de mest fundamentale egenskapene og fenomenologiske perspektivene ved atomkjerner og nukle?re vekselvirkninger ved h?ye energier vil ogs? bli gitt. Kurset gir et godt fundament for viderekommende kurs i eksperimentell og teoretisk partikkelfysikk og h?yenergi kjernefysikk.

Etter endt kurs forventes det at studentene kan gj?re rede for:

1. Grunnleggende konsepter i subatom?r fysikk
   • Symmetrier og bevaringslover
   • Relativistisk bevegelsesl?re, Dirac-likningen
   • Kollisjoner, henfall og grunnleggende vekselvirkninger ved bruk av Feynmann-diagrammer
   • Egenskapene til element?re partikler, kvantetall: spinn, isospinn, elektrisk ladning og fargeladning
   • Leptoner, kvarker, kraft(gauge)-bosoner: fermioner og bosoner
2. Standardmodellen for den elektrosvake og sterke vekselvirkning
   • Klassifiseringen av materiepartikler og kraftpartikler
   • Fundamentale vekselvikninger
     • Kvanteelektrodynamikken (QED) og fotonet
     • Den svake vekselvirkningen og den elektrosvake sammensl?ingen: n?ytrinoer, C (ladning), P (paritet) og T (tid), CP-brudd; Masse og farge oscillasjoner; Elektrosvake symmetribrudd og Higgsmekanismen
     • Kvantekromodynamikken (QCD), asymptotisk frihet og innesperring (confinement): fargede kvarker og gluoner; Hadroner: baryoner og mesoner.
3. Nukle?re vekselvirkninger og kollisjoner av tunge ioner ved h?y energi
   • Atomkjerner, stabilitet og kjernekrefter
   • Atommodeller, nukle?re vekselvirkninger, radioaktivitet og kjernefisjon
   • Kjernefusjon i astrofysikken
   • Faseoverganger; fasediagrammer for sterkt vekselvirkende materie
   • Kvark-gluon plasma: fenomenologi og eksperimentelle kjennetegn
4. ?pne sp?rsm?l og mulige svar
   • Forening av alle naturkreftene (Grand Unified Theory, GUT), supersymmetri, m?rk materie og antimaterie
   • Det tidlige univers
   • Utsikter og muligheter ved The Large Hadron Collider (LHC) p? CERN

Opptak og adgangsregulering

Studenter m? hvert semester s?ke og f? plass p? undervisningen og melde seg til eksamen i Studentweb.

Dersom du ikke allerede har studieplass ved UiO, kan du s?ke opptak til v?re studieprogrammer, eller s?ke om ? bli enkeltemnestudent.

Forkunnskaper

Obligatoriske forkunnskaper

I tillegg til generell studiekompetanse eller realkompetanse m? du dekke spesielle opptakskrav.

Du m? ha:

• Matematikk R1 (eller Matematikk S1 og S2) + R2

Og en av disse:

• Fysikk (1+2)
• Kjemi (1+2)
• Biologi (1+2)
• Informasjonsteknologi (1+2)
• Geofag (1+2)
• Teknologi og forskningsl?re (1+2)

De spesielle opptakskravene kan ogs? dekkes med fag fra videreg?ende oppl?ring f?r Kunnskapsl?ftet, eller p? andre m?ter.

Anbefalte forkunnskaper

Vi anbefaler sterkt at studentene p? forh?nd har tatt emnene FYS-MEK1110 ¨C Mekanikk (nedlagt), FYS1120 ¨C Elektromagnetisme, FYS2130 ¨C Svingninger og b?lger, FYS2140 ¨C Kvantefysikk, FYS2160 ¨C Termodynamikk og statistisk fysikk og FYS3110 ¨C Kvantemekanikk.

Overlappende emner

5 studiepoengs overlapp mot hhv. FYS270 og FYS280, som ble undervist for siste gang h?sten 2003.

Undervisning

Emnet g?r over et helt semester med 4 timer undervisning per uke. Noen kollokvier vil bli organisert. Emnet vil inkludere obligatoriske oppgaver (ca 4 prosjektoppgaver).

Eksamen

Minst tre sett med obligatoriske innleveringsoppgaver. Normalt avsluttende muntlig eksamen p? slutten av semesteret, men dersom det er flere enn 12 p?meldte studenter vil det bli skriftlig avsluttende eksamen.

Karakterskala

Emnet bruker karakterskala fra A til F, der A er beste karakter og F er stryk. Les mer om karakterskalaen.

Begrunnelse og klage

• Begrunnelse og klage

Adgang til ny eller utsatt eksamen

Studenter som dokumenterer gyldig frav?r fra ordin?r eksamen, kan ta utsatt eksamen i starten av neste semester.

Det tilbys ikke ny eksamen til studenter som har trukket seg under ordin?r eksamen, eller som ikke har best?tt.

Tilrettelagt eksamen

S?knadskjema, krav og frist for tilrettelagt eksamen.

Evaluering av emnet

Vi gjennomf?rer fortl?pende evaluering av emnet, og med jevne mellomrom ber vi studentene delta i en mer omfattende evaluering.

Periodisk emneevaluering:

- rapport fra v?rsemesteret 2011