Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
___________
«___»_____________2014 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА МОДУЛЯ (ДИСЦИПЛИНЫ)
Основы фундаментальных взаимодействий
Направление (специальность) ООП 14.03.02 Ядерная физика и технологии
Номер кластера (для унифицированных дисциплин)_________________
Профиль(и) подготовки (специализация, программа) _______________ Физика атомного ядра и частицка
Квалификация (степень) __________бакалавр______________
Базовый учебный план приема ___2014____ г.
Курс____4___ семестр ____7 ____
Количество кредитов __3____
Код дисциплины____Б3.В.5.7____
Виды учебной деятельности | Временной ресурс по очной форме обучения |
Лекции, ч | 16 |
Практические занятия, ч | 16 |
Лабораторные занятия, ч | |
Аудиторные занятия, ч | 32 |
Самостоятельная работа, ч | 76 |
ИТОГО, ч | 108 |
Вид промежуточной аттестации __зачёт в 7 семестре__________
Обеспечивающее подразделение__кафедра Прикладная физика ФТИ____
Заведующий кафедрой ПФ _____________
Руководитель ООП _____________
Преподаватель _____________
2014 г.
1. Цели и задачи курса.
Теоретическая физика является одной из фундаментальных дисциплин для студентов данного направления. Современный техник, инженер и научный работник должен обладать логическим мышлением, а также знать структуру материи и фундаментальные взаимодействия.
Цели освоения дисциплины «Основы фундаментальных взаимодействий» познакомиться с основными проблемами физики элементарных частиц и современными направлениями их решения.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Основы фундаментальных взаимодействий» относится к профессиональному циклу. Для успешного освоения дисциплины потребуются входные знания по высшей математике, атомной физики, ядерной физике, взаимодействию излучений с веществом. В связи с этим, необходимы следующие пререквизиты:
- высшая математика; атомная физика; ядерная физика; взаимодействие излучений с веществом; электродинамика;
Содержание разделов дисциплины «Основы фундаментальных взаимодействий» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно:
Экспериментальные методы ядерной физики
3. Результаты освоения дисциплины
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины «Основы фундаментальных взаимодействий» направлено на формирование у студентов следующих профессиональных компетенций:
Студент должен:
иметь представление: о лептонах, адронах и калибровочных бозонах «Стандартная модель»; о кварках и их взаимодействии (КХД); о кварковой структуре адронов; о моделях приобретения масс фермионами; об уравнении Дирака; о теории слабых взаимодействии Вайнберга, Салама, Глэшоу и обретении масс калибровочными бозонами в поле Хиггсаов; о суперсимметричных теориях элементарных частиц (SUSY); о современной космологии.знать что такое «Стандартная модель» элементарных частиц; кварковое строение адронов: мезонов и барионов; сложение (упрощённое) угловых моментов кварков; что такое конфайнмент кварков в адронах; что такое асимптотичская свобода кварков в адронах; возбуждённые состояния мезонов и барионов и их обозначения; кварковые диаграммы взаимодействий и распадов адронов; слабое взаимодействие и кванты слабого взаимодействия W-бозоны; обнаружение реакторных нейтрино; типы нейтрино, осцилляции нейтрино иерархию масс нейтрино; двойной бета-распад ядер; безнейтринный двойной бета-распад ядер и майорановское нейтрино; C - и P - и C P - преобразования; угол смешивания Кабиббо s и d кварков для слабого взаимодействия; матрица смешивания Кабиббо, Кобаяши, Маскава (KKM-матрица); модель Намбу—Иона-Ласинио обретения масс фермионами; уравнение Эйнштейна для гравитационного поля; «Стандартная модель» космологии ( по А. Фридману); что такое инфляция в модели Большого взрыва; тёмная материя и её поиски на основе микроскопических моделей; тёмная энергия во Вселенной,
4. Структура и содержание дисциплины
Задачи изложения и изучения дисциплины реализуются в следующих формах деятельности:
- лекции, нацеленные на получение необходимой информации и ее использовании при решении практических задач; практические занятия, направленные на активизацию познавательной деятельности студентов и приобретения ими навыков решения практических и проблемных задач; набор компьютерных демонстраций (программа “Компьютерная лаборатория”): 1) для визуального восприятия процессов переноса ионизирующих излучений в веществе с целью закрепления теоретического материала, 2) для расчетов характеристик излучения, взаимодействующего с веществом; лабораторные работы на основе программы «Компьютерная лаборатория» – для практических расчетов защиты и характеристик радиационных полей от различных источников ионизирующих излучений; консультации – еженедельно для всех студентов для сдачи заданий, которые выполняются на практических занятиях и во время самостоятельной работы; самостоятельная внеаудиторная работа направлена на приобретение навыков самостоятельного решения задач по дисциплине и реализуется в виде специальных практических заданий по всем разделам дисциплины; текущий контроль за работой студентов осуществляется на лекционных и практических занятиях в виде самостоятельных работ для оценки степени усвоения материала, а также в виде индивидуальной защиты специальных заданий; рубежный контроль включает контрольные работы, которые проводятся в стандартные сроки этого контроля в ТПУ;
Контроль знаний студентов проводится в рамках рейтинговой системы, принятой в ТПУ. Допуск к экзамену получают студенты, набравшие не менее 33 баллов по всем видам контроля.
Темы занятий
Основные черты фундаментальных взаимодействий – электромагнитных и гравитационных. Элементарные частицы. Лептоны, адроны, калибровочные бозоны. Лептоны. Бета-распад ядер. Гипотеза Паули и обнаружение нейтрино в эксперименте Коуэна-Райнеса. Семейства лептонов (л). Составные модели адронов. Модель Сакаты. Модель Гелл-Манна и Цвейга на основе трех фундаментальных частиц. Взаимодействие кварков: цветовой заряд, глюоны. КХД. Поля Янга-Миллса: абелево (эл/м), неабелево (цветовое). Конфайнмент и асимптотическая свобода кварков в адронах (л.). Цветные кварки и белые адроны, барионы, ядра. Мезонная теория ядерных взаимодействий Юкавы и её связь с КХД. Предсказания Маскавы, Кобаяши и краткая история открытия кварков с ароматами с, b, и t. Кварковый состав и строение адронов. Упрощённое сложение угловых моментов. Р-четность. Таблицы построенных из кварков мезонов. Псевдоскалярные, псевдовекторные, странные, чармированные, прелестные и правдивые мезоны. Изоспин мезонов. Основные и возбужденные состояния мезонов (пр.). Таблицы барионов, построенных из кварков. Изоспин барионов. Основные и возбужденные состояния барионов. N и Д - резонансы. Обозначения возбужденных состояний барионов (пр.). Поколения фундаментальных частиц. «Стандартная модель» (л). Кварковые диаграммы взаимодействия адронов. Слабые взаимодействия. Калибровочная теория Вайнберга, Салама и Глэшоу. Механизм обретения масс W-бозонами (л). Хиггс бозоны. C-инверия и C-чётность. Нарушение P-инверсия и P-чётность. CP-чётности в слабых взаимодействиях. Идеи Каббибо и Маскавы - Кобаяши. Матрица ККМ (л). Кварковые диаграммы распадов элементарных частиц (пр). Массы нейтрино из измерений «end point» спектров электронов от бетта-распадов ядер и двойной бета-распад ядер (л). Теория осцилляции нейтрино. Иерархия масс нейтрино и прочее (л-пр). Теория сверхпроводимости КБШ. Приобретение масс бесмассовыми фермионами в модели Намбу-Иоана-Ласиниу (Nambu– Jona-Lasino) (л). SUSY-теории (пр). Уравнение Дирака для частиц со спином Ѕ ħ (л). Уравнение Дирака (пр). Космология. Уравнение Эйнштейна. Космологическая константа в уравнении Эйнштейна. Решения А. Фридмана уравнения Эйнштейна и «Стандартная модель» расширяющейся Вселенной (космологическая). Проблема горизонта. Большой взрыв. Инфляционная модель Старабинского - Линде (расширяющееся скалярное поле по де-Ситтеру и ненулевое среднее поле) (л). Темная материя и темная энергия. Вакуум Эйнштейна – Глинера. Происхождение Вселенной в теории струн.6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
5. Образовательные технологии
При изучении дисциплины «Основы фундаментальных взаимодействий» используются образовательные технологии, отмеченные в табл. 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения
Методы | Лекц. | Лаб. раб. | Пр. зан./ сем., | Тр.*, Мк** | СРС |
IT-методы | |||||
Работа в команде | ϒ | ||||
Case-study | |||||
Игра | |||||
Методы проблемного обучения | |||||
Обучение на основе опыта | ϒ | ϒ | |||
Опережающая самостоятельная работа | ϒ | ||||
Проектный метод | |||||
Поисковый метод | ϒ | ||||
Исследовательский метод | ϒ | ϒ | |||
Другие методы |
* – Тренинг, ** – мастер-класс
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов (76 часов)
6.1. Виды и формы самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).
Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:
- самостоятельное изучение теоретического материала по учебному пособию преподавателя и по материалам других учебников (46 ч); выполнение домашних контрольных работ (5 ч); подготовка к самостоятельным работам (5 ч); выполнение специальных практических заданий (10 ч).
Творческая самостоятельная работа включает:
Творческая самостоятельная работа включает:
- проведение расчетов характеристик поля излучения и защиты с помощью программы «Компьютерная лаборатория» (10 ч).
6.2. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом:
оценка домашних контрольных работ; оценка при защите специальных заданий с теоретическими вопросами и задачами; оценка при защите результатов моделирования.7. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
- текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) проводится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
- промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра и оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене студент должен набрать не менее 22 баллов.
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
8 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная Физика. Ядерная физика. Физика элементарных частиц. Астрофизика : учебник / , , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 252 с.: ил.. — ISBN 978-5-98298-646-7. http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2012/m154.pdfЭкспериментальная ядерная физика: учебник: в 3-х томах / . — 6-е изд., испр. и доп.. — СПб.: Лань, 2008 Т. 3: Физика элементарных частиц. — 2008. — 432 с.: ил.. — Список литературы: с. 394-395. — Алфавитно-предметный указатель: с. 396-400.. — ISBN 978-5-8114-0741-5. |
Дополнительная Физика элементарных частиц в преддверии Большого андронного коллайдера : летняя школа, 10-20 августа 2009 г. г. Протвино. — Москва: ЛЕНАНД, 2011. — 400 с.: ил.. — Библиография в конце докладов.. — ISBN 978-5-9710-0411-0.Элементарное введение в физику элементарных частиц / . — 3-е изд., испр. и доп.. — Москва: Физматлит, 2009. — 128 с.: ил.. — Библиогр.: с. 122. — Предметный указатель: с. 123-127.. — ISBN 978-5-9221-1070-9. |
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
При проведении практических занятий и чтении лекций используется, корпоративная компьютерная сеть и сеть ИНТЕРНЕТ.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки Физика атомного ядра и частиц.
Программа одобрена на заседании кафедры Прикладная физика
(протокол № ____ от «___» _______ 2014 г.).
Автор ____________________ //
Рецензент____________________/ /
