МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова Физический факультет УТВЕРЖДАЮ Проректор по развитию образования _______________________ "_____"__________________2012 г. Рабочая программа дисциплины послевузовского профессионального образования (аспирантура) КХД и жесткие процессы при высоких энергиях по специальности научных работников 01.04.02 Теоретическая физика 2 Ярославль 2012 1. Цели освоения дисциплины Целью освоения дисциплины «КХД и жесткие процессы при высоких энергиях» в соответствии с общими целями основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (далее образовательная программа послевузовского профессионального образования) является изучение квантовой хромодинамики (КХД) как калибровочной теории сильного взаимодействия кварков и глюонов, специфических особенностей КХД как неабелевой калибровочной теории и овладение методами расчетов жестких процессов в физике адронов с участием кварков и глюонов. 2. Место дисциплины в структуре ООП послевузовского профессионального образования (аспирантура) Дисциплина “ КХД и жесткие процессы при высоких энергиях ” относится к разделу обязательные дисциплины (подраздел дисциплины по выбору аспиранта) по специальности научных работников 01.04.02 « Теоретическая физика». Изложение данного курса необходимо для подготовки специалистов в области квантовой теории поля и современной физики элементарных частиц. Для освоения данной дисциплиной обучающиеся должны знать квантовую теорию поля, владеть аппаратом диаграммной техники Фейнмана и методами теории групп в квантовой теории поля. 3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины В результате освоения дисциплины обучающийся должен: • Знать: − обоснование и структуру КХД – лагранжиана; − правила диаграммной техники в КХД; − основные подходы к описанию свойств тяжелых кваркониев на основе КХД; − основные принципы описания процессов столкновений адронов высоких энергий в терминах структурных функций и партонных функций распределения. • Уметь: − использовать КХД – лагранжиан и соответствующие ему правила диаграммной техники для расчетов сильных процессов с участием кварков и глюонов. • Владеть: − навыками расчетов приближения КХД. простейших процессов древесного и однопетлевого − навыками расчетов ширин лептонных и адронных распадов тяжелых кваркониев. 4. Структура и содержание дисциплины «КХД и жесткие процессы при высоких энергиях» Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов. 1 2 3 4 5 Раздел Дисциплины Тема 1. Введение. Первоначальные сведения о кварках Тема 2. Цветовая калибровочная симметрия и основные уравнения хромодинамики Тема 3. Квантование глюонного и кварковых полей Тема 4. КХД и физика тяжелых кваркониев Тема 5. КХД и жесткие процессы при высоких энергиях Всего Неделя № п/п Курс 3 Виды учебной работы, включая самостоятельную работу обучающихся и трудоемкость (в часах) Форма обуч.: очная/заочная лек пр кср сам 1 Формы текущего контроля успеваемости (по неделям) Форма промежуточной аттестации собеседование 1-3 12 собеседование 3-6 2 30 собеседование 7-10 2/ 1 2/ 1 30/3 1 30/3 1 собеседование 6/ 4 102/ 104 зачет 1012 собеседование Содержание дисциплины. Тема 1. Введение Первоначальные сведения о кварках История, успехи и трудности простейшей кварковой модели. Цвет кварков. Цветовая и ароматовая симметрия адронов. Тема 2. Цветовая калибровочная симметрия и основные уравнения хромодинамики Электродинамика как пример абелевой калибровочной теории. Калибровочные цветовые преобразования и КХД- лагранжиан. Кварк-глюонное, трехглюонное и четырехглюонное взаимодействия. Цветовые токи и уравнения поля для кварков и глюонов. Тема 3. Квантование глюонного и кварковых полей Особенности квантования глюонного поля ( α -калибровка, духи). Правила Феймана в КХД. q q g -, ξξ g -,3g - и 4g- вершины. Простейшие процессы с кварками и глюонами. Амплитуда рассеяния кварка на кварке и пертубативный потенциал взаимодействия двух кварков в симметричном и антисимметричном по цвету состояниях. Амплитуда рассеяния кварка на антикварке и пертубативный потенциал взаимодействия кварка и антикварка в синглет-ном и октетном цветовых состояниях. Поляризация вакуума в КХД. Вклады кварков, глюонов и духов в поляризационный оператор в однопетлевом приближении. Бегущая константа связи и понятие асимптотической свободы в КХД. Тема 4. КХД и физика тяжелых кваркониев История открытия и основные свойства Ψ - и Υ - мезонов (спектр масс, квантовые числа, моды распадов). Спектроскопия Ψ - и Υ - мезонов и потенциальные модели. Пертубативный и удерживающий потенциалы. Спин-зависимые силы и расщепления масс тяжелых кваркониев. Электромагнитные, лептонные и глюонные распады тяжелых кваркониев: n 3 S1 Q Q → µ + µ − , n 3 S1 Q Q → γ q q , n1 S 0 Q Q → 2γ , 4 n 3 S1 Q Q → 3γ , n1 S 0 Q Q → 2 g , n 3 S1 Q Q → 3 g . Адронные ширины Ψ - и Υ - мезонов и константа сильного взаимодействия αs на масштабах их масс. E1 - и M1 – радиационные переходы в Ψ - и Υ - системах. КХД и статус потенциальных моделей тяжелых мезонов. Тема 5. КХД и жесткие процессы при высоких энергиях Глубоко неупругое рассеяние лептонов на нуклонах. Структурные функции. Партоны и партонные функции распределения. Рождение µ+µ− -- пар в протон--протонных столкновениях 5. Образовательные технологии В процессе обучения используется современные образовательные технологии, в частности, мультимедийные презентации, интернет-ресурсы, привлечение аспирантов к участию в работе научных конференций; обучение работе со специальными Интернетресурсами. . 6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы обучающихся В качестве оценочных средств контроля успеваемости используются: 1. Собеседования по темам. 2. Проведение итогового зачета. Список вопросов к зачету: • История, успехи и трудности простейшей кварковой модели: спектроскопия адронов и кварки, проблема статистики кварков, проблема удержания кварков в адронах и качественные особенности экспериментальных данных по глубоко неупругому рассеянию электронов на нуклонах. • Понятие цвета кварков. Проявления цветовых степеней свободы кварков в эксперименте. Цветовая и ароматовая симметрия адронов. Группы ароматовых и цветовых преобразований кварков. • Электродинамика как пример абелевой калибровочной теории. • Калибровочные цветовые преобразования и КХД- лагранжиан. Кваркглюонное, трехглюонное и четырехглюонное взаимодействия. • Цветовые токи и уравнения поля для кварков и глюонов. • Особенности квантования глюонного поля ( α - калибровка, духи). • Правила Фейнмана в КХД. q q g -, ξξ g - вершины. • Правила Фейнмана в КХД. 3g - вершина. • Правила Фейнмана в КХД. 4g- вершина. • Амплитуда рассеяния кварка на кварке и пертубативный потенциал взаимодействия двух кварков в симметричном и антисимметричном по цвету состояниях. • Амплитуда рассеяния кварка на антикварке и пертубативный потенциал взаимодействия кварка и антикварка в синглетном и октетном цветовых состояниях. • Поляризация вакуума в КХД. Вклад кварков в поляризационный оператор в однопетлевом приближении. 5 • Поляризация вакуума в КХД. Вклад глюонов в поляризационный оператор в однопетлевом приближении. • Поляризация вакуума в КХД. Вклад духов в поляризационный оператор в однопетлевом приближении. • Бегущая константа связи и понятие асимптотической свободы в КХД. • История открытия и основные свойства Ψ - и Υ - мезонов (спектр масс, квантовые числа, моды распадов). • Спектроскопия Ψ - и мезонов и потенциальные модели. Υ Пертубативный и удерживающий потенциалы. • Спин-зависимые силы и расщепления масс тяжелых кваркониев. • Электромагнитные, лептонные и глюонные распады тяжелых кваркониев n 3 S1 Q Q → µ + µ − , n 3 S1 Q Q → γ q q , n1 S 0 Q Q → 2γ , n 3 S1 Q Q → 3γ , n1 S 0 Q Q → 2 g , • • • • • n 3 S1 Q Q → 3 g . Адронные ширины Ψ - и Υ - мезонов и константа сильного взаимодействия αs на масштабе их масс. E1 - и M1- радиационные переходы в Ψ - и Υ - системах. Глубоко неупругое рассеяние лептонов на нуклонах. Структурные функции. Выражение сечения глубоко неупругое рассеяние лептонов на нуклонах через структурные функции. Партоны и партонные функции распределения. Выражение структурных функций через партонные функции распределения. Рождение µ+µ− -пар в протон-протонных столкновениях. 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература Смирнов А. Д. Введение в квантовую хромодинамику. Учебное пособие, ЯрГУ, 2008 г. 2. А.А.Соколов, И.М.Тернов, В.Ч.Жуковский, А.В.Борисов. Калибровочные поля.- М.:Изд-во МГУ, 1986 г. 1. б) дополнительная литература Андреев И.В. Хромодинамика и жесткие процессы при высоких энергиях. М.:Наука,1981 г. 2. Славнов А.А., Фаддеев Л. Д. Введение в квантовую теорию калибровочных полей. - М.: Наука, 1978 г. 3. Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Квантовые поля - М.: Наука, 1980 г. 4. Ченг Т.-П., Ли Л.-Ф. Калибровочные теории в физике элементарных частиц.- М.: Мир, 1988. 5. Пескин М., Шредер Д. Введение в квантовую теорию поля.- М.: РХД, 2001. 6. Коноплева Н.П., Попов В.Н. Калибровочные поля. - М.: Атомиздат, 1980 г. 7. Фейнман Р. Взаимодействие фотонов с адронами.-- М.: Мир, 1975. 8. Sterman G. et al. (The CTEQ Collaboration). Handbook of pertubative QCD. 1. 6 9. Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей.- М.: Наука, 1976. в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы: 1. Научная библиотека на сайте www.poiskknig.ru; 2. Каталог образовательных интернет-ресурсов на сайте http://www.edu.ru; 3. Научная энциклопедия на сайте http://elementy.ru/physics. 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины - компьютеры и мультимедийный проектор. Программа составлена в соответствии с федеральными государственными требованиями к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) (приказ Минобрнауки от 16.03.2011 г. № 1365) с учетом рекомендаций, изложенных в письме Минобрнауки от 22.06.2011 г. № ИБ – 733/12. Программа одобрена на заседании кафедры теоретической физики 15.10.2011 (протокол № 2) Заведующий кафедрой теоретической физики Автор: Н.В.Михеев, д.ф.-м.н., профессор А.Д. Смирнов, д.ф.-м.н. , профессор, профессор кафедры теоретической физики