Физика элементарных частиц

(д.ф.-м.н., проф. С.С. Афонин)

1. Классификация элементарных частиц и их взаимодействий. Естественные единицы. Иерархия времён взаимодействий.
2. Сильные взаимодействия: происхождение и качественные проявления. Бегущая константа связи: экранировка и антиэкранировка. Природа резонанса, ширина Брейта-Вигнера.
3. Понятие изоспина. Его приложения к вычислению отношений сечений реакций.
4. P-чётность. C-чётность. CPT-инвариантность.
5. G-чётность. Изоспин античастиц.
6. Лёгкие нестранные мезоны: схема систематизации и известные типы.
7. Странные мезоны и унитарная симметрия. Массы в унитарных мультиплетах, формула Гелл-Манна-Окубо для псевдоскаляров.
8. Известные типы странных мезонов. Система нейтральных каонов и нарушение CP-инвариантности. Распад φ-мезона и правило Цвейга.
9. Мезоны с c-кварком: открытие, особенности физики, спектр, распады D-мезонов. Мезоны с b-кварком.
10. Барионы: кварковые диаграммы и волновые функции в кварковой модели (на примере волновой функции протона).
11. Орбитальные возбуждения барионов: схема систематизации, примеры. Барионы с c-кварком.
12. Соотношения между массами адронов в SU(3)-мультиплетах. Понятие конституэнтной массы кварка. Нарушение изоспиновой симметрии.
13. Магнитный момент кварка. Вычисление магнитных моментов основных барионов в рамках кварковой модели. Массы конституэнтных кварков из магнитных моментов барионов.
14. Вычисление амплитуды распада .
15. Динамическая модель расщепления масс основных состояний адронов на основе спин-спинового взаимодействия.
16. Основы кинематики: простейшие процессы с поглощением фотона и распадом фотона, сравнение кинематики ускорителей на встречных пучках и с неподвижной мишенью, прямое рождение -бозонов в протон-антипротонных столкновениях.
17. Сечение рассеяния. Пример вычисления для электромагнитного рассеяния скалярных частиц в системе центра масс.
18. Ширина распада. Пример: распад на две частицы в системе центра масс. Понятие фазового объёма. Вычисление двухчастичного фазового объёма. Качественное обобщение на трёхчастичный фазовый объём.
19. Слабые взаимодействия: происхождение, физика слабых распадов, теория Ферми, открытие несохранения чётности, понятия спиральности и киральности, структура слабого тока, амплитуды слабых процессов в фермиевском приближении.
20. Сохранение спиральности при высоких энергиях. Оценка массы промежуточных векторных бозонов. Качественный анализ распада мюона, τ-лептона и ядерных β-распадов.
21. Вычисление амплитуды слабого распада пиона.
22. Качественный анализ рассеяния нейтрино на электроне. Нейтральные слабые токи. Угол Кабиббо.
23. Механизм Глэшоу-Иллиопулоса-Майани. Нелептонные распады D-мезонов. Матрица Кабиббо-Кобаяши-Маскава. Причина нарушения CP-инвариантности.

Литература

1. Ф. Хелзен, А. Мартин “Кварки и лептоны: введение в физику частиц” – М.: Мир, 1987.
2. Ф. Клоуз “Кварки и партоны: введение в теорию” – М.: Мир, 1982.
3. Л.Б. Окунь “Лептоны и кварки” – М.: Наука, 1990.
4. Н.Ф. Нелипа “Физика элементарных частиц” – М.: Высшая школа, 1977.
5. С.С. Афонин “Задачи по физике элементарных частиц” (учебно-методическое пособие) –
6. : СПбГУ, 2015.
7. Ю.П. Никитин и др. “Сборник задач по физике элементарных частиц” – М.: Энергоатомиздат, 1992.
8. Ю.В. Новожилов “Введение в теорию элементарных частиц” – М.: Наука, 1972.
9. К. Хуанг “Кварки, лептоны и калибровочные поля” – М.: Мир, 1985.