Partículas Elementales - Universitat de València

MÁSTER DE
FÍSICA AVANZADA
Itinerario de Física Teórica
Módulo II: Física de Altas Energías.
Universitat de València
GUÍA DOCENTE
Partículas Elementales
I.- DATOS INICIALES DE IDENTIFICACIÓN
Nombre de la asignatura: Partículas Elementales
Créditos: 5
Carácter: Optativa-Esp. Física Teórica
Titulación: Máster en Física Avanzada. Física Teórica
Departamento: Física Teórica
Profesores responsables: Gabriela Barenboim, Vicente Vento
II.- INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA
Tito Lucrecio Caro, atomista de la Roma clásica, refiriéndose a los entes que forman la
materia dijo: Interesa saber con quienes se relacionan, de qué forma y a quienes dan
movimiento y de quienes lo reciben. El curso de Partículas Elementales sigue pues este
patrón clásico: presenta los constituyentes elementales de la materia, analiza los
experimentos que los han descubierto, estudia sus propiedades y sus interacciones. Para ello
se introduce el formalismo matemático necesario que describe el mundo de los
constituyentes elementales de la materia, los experimentos que los detectan y producen y
las leyes que gobiernan sus interacciones. Se analiza asimismo las implicaciones que los
consituyentes y leyes del microcosmos tienen en el macrocosmos.
III.- VOLUMEN DE TRABAJO
ACTIVIDAD
ASISTENCIA A CLASES
PREPARACIÓN DE TRABAJOS Y EXÁMENES
ESTUDIO Y PREPARACIÓN DE CLASES
REALIZACIÓN DE EXÁMENES
ASISTENCIA A TUTORÍAS
ASISTENCIA A SEMINARIOS Y ACTIVIDADES
TOTAL VOLUMEN DE TRABAJO
Horas/curso
26
23
52
4
10
10
125
IV.- OBJETIVOS GENERALES
Introducción a la fenomenología de los constituyentes de la matería. Descripción de los
métodos experimentales para su detección y producción. Estudo de sus interacciones y
formulación teórica de las mismas.
V.- CONTENIDOS
•
•
•
•
•
•
Fenomenología de las partículas elementales
Cinemática relativista
Descripción de estados
Simetrías Continuas y discretas
Constituyentes últimos
Teorías de las interacciones fundamentales
VI.- DESTREZAS A ADQUIRIR
•
•
•
•
•
Descripción de procesos de colision y desintegración
Descripción de estados cuánticos relativistas
Aprendizaje de la clasificación de las Partículas Elementales y sus propiedades
Simetrías conservadas y violadas de la naturaleza.
Descripción de las teorías de las interacciones fundamentales
VII.- HABILIDADES SOCIALES
•
Entender y ser capaz de explicar de la forma más simple posible las leyes que rigen
la estructura de la materia y del Universo en el que vivimos.
VIII.- TEMARIO Y PLANIFICACIÓN TEMPORAL
Tema
1
2
3
Título y contenido
Introducción a la Física de Partículas: Física Atómica y
Nuclear. Constituyentes elementales: leptones, hadrones y
mediadores de la interacción. Interacciones fundamentales.
Rayos Cósmicos. Producción y detección de partículas.
Cinemática Relativista: Transformaciones de Lorentz,
Variables cinemáticas invariantes. Sistemas de Referencia.
Cinemática de la colisión a + b Æ 1 + 2. Desintegraciones.
Simetrías y Leyes de Conservación:
Número leptónico, Número Bariónico, Isospín, Principio de
Pauli Generalizado, Simetrías Discretas, Interacciones y
Leyes de Conservación.
Semana
Horas
lectivas
1
2
1
2
2
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Quarks: Partículas Extrañas. Violación de Paridad. La vía
Octete. Elementos de Teoría de Grupos. El Modelo Quark.
Masas y momentos magnéticos de los Hadrones. Color.
Quarks Pesados: El quark “c”: Encanto. El quark “b”:
Belleza. Positronium. Quarkonium. El quark “t”. Tabla de
los constituyentes elementales.
Colisiones:
Estados de Partícula. Espacio Fásico: Diagrama de Dalitz.
Matriz de Colisión. Unitariedad y Teorema Óptico.
Diagrama de Argand. Sección Eficaz Elástica e Inelástica.
Simetrías.
Discretas: La helicidad de los Neutrinos. Principio de
Balance Detallado. Teorema de Estados Finales.
Contínuas: Simetría de Carga, Isospín, SU(3), SU(N).
Simetrías CP y CPT: Simetría CP. Teorema CPT. El
sistema Kº − Kº . Violación de CP. Violación de T.
La interacción fuerte: Interacciones entre Hadrones.
Teoria de Yukawa. Difusión profundamente inelástica.
Modelo de Partones. Jets. Quarks y Gluones.
La interacción débil:
Teoría de Fermi. Violación de Paridad. Partículas Extrañas:
Ángulo de Cabibbo. Desintegración de Quarks Pesados. La
Matriz de Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. Violación de CP
en Kaones y Mesones B. Experimentos con Neutrinos.
Oscilación de Neutrinos.
Astropartículas: Rayos Cósmicos de Ultra-Alta Energía.
Rayos Gamma Cósmicos. Cosmología. La Materia Oscura.
Aceleradores y Detectores Modernos:
Anillos de colisiones. Grandes Detectores. Experimentos
actuales en Física de Partículas.
Teorías fundamentales: Electrodinámica Cuántica.
Cromodinámica Cuántica. La Teoría Electrodébil. El
Modelo Estándar. Teorías más allá del Modelo Estándar.
2
2
3
2
3
2
4
2
4
2
5
2
5
2
6
2
6
2
7
2
IX.- BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA
•
•
•
•
•
•
•
D. H. Perkins, Introduction to High Energy Physics (4 th Edition). Cambridge
University Press (Cambridge, 2000)
F. Halzen y A. D. Martin, Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern
Particle Physics. John Wiley & Sons (New York, 1984)
Tai-Pei Cheng y Ling-Fong Li, Gauge theory of elementary particle physics,
Oxford.
K. Kleinknecht,, Detectors for Particle Radiation (4 th Edition). Cambridge
University Press (Cambridge, 1998).
F. J. Yndurain, Electrones, Neutrinos y Quarks. Ed. Crítica (Madrid, 2001)
V. Mukhanov, Physical Foundations of Cosmology, Cambridge University Press
(Cambridge, 2005).
Pich, The Standard Model, 2004 CRN Summer Student Lectures.
http://humanresources.web.cern.ch/HumanResources/external/recruitment/summies
X.- METODOLOGÍA
Exposición en clase magistral de los contenidos teóricos del curso. Realización de
problemas por parte del estudiante y su exposición pública. Tutorización personalizada del
estudiante. Discusión de los últimos trabajos científicos publicados en relación con la
materia estudiada.
XI.- EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
Habrá un examen, al final de curso, que incluirá preguntas teóricas y otras de carácter más
práctico. La nota final tendrá en cuenta las anotaciones personales que se irán tomando en
las horas de problemas a lo largo del periodo docente. Estos problemas se extraerán de una
colección que se distribuirá a los alumnos al comienzo de las clases.