Fisica Nuclear y de Particulas

TÍTULO DE LA ASIGNATURA
GUÍA DE LA
ASIGNATURA
2010/2011
Lic.en Fisica
Fisica Nuclear y de Particulas
Facultad Química. Titulación de Ciencias Fisicas
1-Identificación
1.1.
De la asignatura
Nombre de la signatura Fisica Nuclear y de Particulas
02N2
Código
5/1
Curso / Grupos
Troncal
Tipo
Créditos LRU Teóricos 4.5
Prácticos 1.5
Estimación del volumen de trabajo del 6 ECTS/145 horas
alumno (ECTS)*
Duración Cuatrimestral (1º)
Idiomas en que se imparte Castellano
1.2 Del profesorado:
Nombre y
Área/
Despacho y Teléfono
Correo
Horario de
Apellidos Departamento Facultad
electrónico y atención al
dónde se
página web
alumnado
ubica.
EMILIO FÍSICA
F. QUIM/134 7100
etl@um.es
1º C
2º C
www.um.es/torr L-M-X L-MTORRENT TEORICA/FIS
ente
LUJAN ICA
9-14h X
9-14h
2-Presentación
Los objetivos mas importantes de esta asignatura son a) introducción a los aspectos
basicos de la Física Nuclear y de Particulas,
b) El manejo practico de los conceptos formales introducidos y aprendizaje de las
diversas técnicas de cálculo relevantes, en sus diversos grados de aproximación.
c) Con carácter general, la promoción de la actitud y actividad investigadora en el
estudiante. Para ello se fomentara la imagen activa del físico como interprete de
experimentos relevantes y constructor de modelos, en contraste a la imagen pasiva del
mero observador deductivo de la naturaleza.
1
3-Conocimientos previos
Es recomendable que el alumno tenga una buena base en conocimientos como Análisis
Matemático en varias variables, álgebra, mecánica clásica y física cuántica. Es
recomendable asi mismo que el alumno haya seguido con aprovechamiento las
asignaturas de Física y Mecanica Cuántica de cursos anteriores.
4-Competencias
-
Capacidad de análisis y síntesis.
Capacidad de organización y planificación.
Comunicación oral y escrita.
Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio.
Resolución de problemas..
Razonamiento crítico.
Trabajo en equipo.
Aprendizaje autónomo.
Específicas de la asignatura
-Conocimiento de la estructura, contenido y propiedades basicas del Modelo
Estándar en Física de particulas.
-Conocimiento de la estructura, contenido y propiedades generales de los
núcleos atomicos.
-Comprender el significado e importancia de la simetría.
-Entender y saber aplicar los distintos métodos de aproximación.
-Aplicar la teoria de las colisiones en Mecánica Cuantica a procesos basicos.
-Capacidad de aplicar modelos a la práctica .
-Capacidad de utilizar correctamente la terminología específica y la búsqueda
bibliografíca en el contexto de la materia
5-Contenidos
Programa de Clases teoricas
Tema 1: Introducción a la Física de Partículas
Constituyentes Elementales
Física Atómica y Nuclear
Rayos Cósmicos.
Aceleradores de Partículas
Unidades: Sistema Natural
2
Tema 2: Cinemática Relativista
Transformaciones de Lorentz
Variables Cinemáticas Invariantes
Sistemas de Referencia
Cinemática de la Colisión a+b® 1+2
Desintegraciones
Tema 3: Mediadores de la Interacción
Interacción Fuerte: Teoría de Yukawa
Piones y Muones
Interacción Débil: Los Bosones W± y Z0
Descripción de Interacciones
Resonancias
Tema 4: Simetrías y Leyes de Conservación
Simetrías
Número Leptónico
Número Bariónico
Isospín
Principio de Pauli Generalizado
Simetrías Discretas
Interacciones y Leyes de Conservación
Tema 5: Quarks
Partículas Extrañas
Violación de Paridad
``The Eightfold Way''
Elementos de Teoría de Grupos
El Modelo Quark
Masas y Momentos Magnéticos de los Hadrones
Color
Quarks pesados
Tema 6: Descripción de Colisiones
Estados de Partículas
Espacio Fásico
Matriz de Colisión
Sección Eficaz
Unitariedad y Teorema Óptico
Tema 7: Colisión a Dos Partículas
Amplitudes de Helicidad
Amplitudes en Ondas Parciales
Colisión Elástica de Partículas sin Espín
Desintegración a Dos Partículas
Tema 8: Simetrías
Simetrías Discretas
3
La Helicidad de los Neutrinos
Principio de Balance Detallado
Teorema de Estados Finales
Isospín
SU(3)
Tema 9: Simetrías CP y CPT
Simetría CP
Teorema CPT
El Sistema K0-[`K]0
Violación de CP
Violación de T
Mecanismo de Violación de CP
Tema 10: Teorías Gauge
Ecuaciones de Onda
Formulación Lagrangiana
Principio de Gauge: QED
Teoría Gauge SU(3): QCD
Tema 11: Estructura Hadrónica
Aniquilación e+eColisión Electrón-Nucleón
Modelo de Partones
Interacción Inelástica Neutrino-Nucleón
Jets
Tema 12: Interacciones Débiles
Teoría V-A de la Desintegración b
Fenomenología de las Corrientes Cargadas
Fenomenología de las Corrientes Neutras
Los Bosones Intermediarios W± y Z0
Simetría SU(2)LÄU(1)Y
Interacción por Corrientes Cargadas
Unificación Electrodébil: Corrientes Neutras
Autoacoplamientos de Gauge
Rotura Espontánea de Simetría: El Higgs
Tema 13: Física de Neutrinos
Introducción
Neutrinos Solares
Oscilaciones de Neutrinos
Neutrinos Atmosféricos
Tema 14: Propiedades generales de los nucleos
Nucleones. Núcleos normales. Núcleos exóticos.
Tamaños y densidades nucleares. Determinación experimental.
Átomos muónicos. Átomos piónicos.
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Determinación de distribuciones de neutrones. Otros métodos.
Propiedades electromagnéticas de los núcleos.
Momento angular. Momentos cuadrupolares.
Forma de los núcleos.
Energía de ligadura de los núcleos.
Modelo de gas Fermi. Fórmula semiempírica.
Tema 15: Fuerzas Nucleares
Colisión neutrón-protón a bajas energías. Aproximación del alcance efectivo.
Formalismo de isospín.
Simetría de carga.
Potenciales más usados en la literatura.
La interacción N - N en teoría cuántica de campos.
Potencial debido al intercambio de un pión.
El deuterón. Determinación de la función de onda. Momentos.
Ecuaciones
acopladas.
Tema 16: Modelos de Capas
Modelo de capas. Potencial central promedio. Números mágicos.
Predicciones del modelo extremo de partícula independiente. Apareamiento.
Programa de clases prácticas:
Se propondrán diversos trabajos en los que el alumno tendrá que realizar diversos
programas de ordenador de simulación numérica (Evolución del paquete de ondas,
métodos aproximados, teoría de colisiones, etc.) usando Fortran, C++ y Mathematica (ver
bibliografía adjunta).
6-Metodología docente y Estimación del volumen de trabajo del estudiante (ECTS)
6.1-Metodología docente
Clases teóricas: Se utilizará principalmente la clase magistral, mediante la transmisión de
información en un tiempo ocupado principalmente por la exposición oral y el apoyo de
las TICs. Durante dicha exposición se podrán plantear preguntas o situaciones
problemáticas sobre un tema, introducir pequeñas actividades prácticas, resolver las
dudas que puedan plantearse, presentar informaciones incompletas, orientar la búsqueda
de información, ocasionar el debate individual o en grupo, etc.
Clases prácticas:La estrategia metodológica central a utilizar será el aprendizaje tanto
individual como cooperativo, favoreciendo que los estudiantes trabajen en grupo en
actividades de aprendizaje con metas comunes; y la evaluación será llevada a cabo según
la productividad del grupo y las aportaciones individuales de cada alumno.
Tutorías: Durante estas sesiones el estudiante podrá: preguntar al profesor, tanto de forma
presencial como a través de SUMA, todas aquellas dudas que no hayan podido ser
solucionadas durante las clases presenciales teóricas. Podrá solicitar bibliografía de
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ampliación específica de algún tema concreto y/o cualquier otro tipo de información
relacionada con la asignatura. El seguimiento tutorial de las prácticas se realizará tanto de
forma presencial como a través de SUMA.
6.2-Estimación del volumen de trabajo del estudiante (ECTS)
CLASES TEÓRICAS: 45H
CLASES PRÁCTICAS: 15h
TUTORÍAS: 25H
PREPARACION Y REALIZACION DE EXAMENES: 60H
Relación trabajo/ECTS
1 45/ 5.8 créditos = 24.7h
7-Temporalización o cronograma
TEMPORALIZACION POR TEMAS Y GRUPOS TEMATICOS:
Tema 1,2,3: Introducción a la Física de Partículas: 6h
Tema 4: Simetrías y Leyes de Conservación:
4h
Tema 5: Quarks
4h
Tema 6,7: Colisión a Dos Partículas :
6h
Tema 8,9,10: Simetrías
6h
Tema 11: Estructura Hadrónica
6h
Tema 12,13: Interacciones Débiles,Neutrinos
8h
Tema 14: Propiedades generales de los nucleos
10h
Tema 15,16: Fuerzas Nucleares, Modelos Nucleares. 10h
8-Evaluación
El capitulo mas importante en la evaluacion del alumno sera un examen teórico
practico. La evaluación podrá ser complementada por la realización de trabajos
dirigidos y problemas propuestos en clase. A este respecto la asistencia regular a clase
será vivamente recomendada.
En el caso de que, tras la participación activa en clase durante el curso, la realización de
las actividades propuestas y la calificación obtenida en los exámenes no fuese suficiente
para superar la asignatura en la convocatoria de junio, el alumno deberá realizar el
examen teórico-práctico correspondiente en la convocatoria de septiembre, conservando
las notas obtenidas en los trabajos y por la asistencia y participación activa en clase.
Evaluación docente
La evaluación del programa de la asignatura, que incluye la valoración de la enseñanza
y la práctica docente del profesor, se realizará mediante la aplicación al alumnado de
cuestionarios en momentos distintos para valorar el diseño del programa, su desarrollo y
los resultados de la aplicación del mismo.
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9-Bibliografía recomendada:
A. Ferrer: “Fisica Nuclear y de Particulas”, Universidad de Valencia, 2005.
E. Segre:”Nuclear Physics and Particles”, Wiley,1970.
F. Halzen, A. Martin:”Particle Physics”, A. Wiley, 1985.
F. Mandl and G. Shaw, "Quantum Field Theory", John Wiley & Sons, 1993..
M.E. Peskin and D.V. Schroeder, "An Introduction to Quantum Field Theory", 1995.
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