Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

01.04.23 Физика высоких энергий

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

01.04.23 «Физика высоких энергий»

по техническим и физико-математическим наукам

Введение

В основу данной программы положены следующие дисциплины: астрофизика высоких энергий, экспериментальная техника для исследования процессов высоких энергий кинематика процессов взаимодействия и распада частиц, электромагнитные взаимодействия, общие свойства фундаментальных взаимодействий, сильные взаимодействия.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по физике при участии Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова, ГНЦ «Курчатовский институт» и Физического института РАН.

1.  Астрофизика высоких энергий

1.1.  Энергетический спектр первичного космического изл учения и его основные особенности (форма спектра, неоднородности спектра и их возможные причины, полная энергия космического излучения, поступающего на Землю).

1.2.  Ядерный состав пе рвичных космических лучей и его особенности. Распространенность элементов во Вселенной и в космических лучах. Интерпретация различий.

Электроны, позитроны, фотоны и антипротоны в составе первичного космического излучения при разных энергиях.

1.3.  Геомагнитные эффекты, их использование для определения эне ргетического спектра и заряда первичных космических частиц.

1.4.  Свойства космического излучения вблизи п оверхности земли и под землей (состав, интенсивность). Методика исследования космических частиц разных энергий (на спутниках Земли, в атмосфере, на горах и под землей).

1.5.  Широкие атмосферные ливни и их свойства. Методы рег истрации широких атмосферных ливней (в том числе по радио- и черенковскому излучению).

1.6.  Основные источники космического излучения. Механизмы уск орения космических частиц.

1.7.  Гамма-астрономия высоких и сверхвысоких энергий. Поиски га мма-излучения высокой энергии от остатков сверхновых звезд.

1.8.  Большой Взрыв. Красное смещение. Реликт овое излучение, его энергетический спектр, происхождение.

1.9.  Темная материя во Вселенной и ее во зможная природа.

1.10.  Регистрация потоков нейтрино низких энергий от вспышки свер хновой 8К 1987А на различных установках в мире.

1.11.  Проблема верхней границы энергетического спектра космич еских протонов и ядер. Экспериментальные данные.

2.  Экспериментальная техника для исследования проце ссов, протекающих при высокой энергии*

2.1.  Методы ускорения частиц. Линейные и циклические ускорители: циклотрон, фазотрон, синхрофазотрон. М езонные фабрики.

2.2.  Коллайдеры, накопительные кольца. Устройство. Достоинства. Примеры действующих и проектируемых колла йдеров.

2.3.  Крупнейшие действующие и проектируемые ускорители зар яженных частиц.

2.4.  Космические лучи как источник сверхвыс оких энергий.

2.5.  Метод рентгеноэмульсионных камер в ко смических лучах.

2.6.  Детекторы частиц. Импульсные ионизационные и пропорци ональные камеры, дрейфовые камеры, сцинтилляционные счетчики, микростриповые и падовые детекторы, пузырьковые камеры, черенковские счетчики, кольцевой черенковский спектрометр. Искровые и стриммерные камеры.

2.7.  Методы идентиф икации частиц.

2.8.  Методы измерения энергии: магнитные спектрометры, ионизац ионные калориметры, детекторы переходного излучения.

2.9.  Основные требования, предъявляемые к трековым детекторам и калориметрам: геометрический фактор, пространственное и энергетич еское разрешение.

2.10.  Комплексные установки на ускорит елях и в космических лучах. Примеры действующих и проектируемых установок.

3.  Кинематика при анализе процессов вза имодействия 
и распада частиц*

3.1.  Основные кинематические характеристики: энергия, импульс (п оперечный и продольный, четырехимпульс). Мандельштамовские переменные: s, t, u ,  фейнмановская переменная  x бьеркеновские переме нные, быстрота и псевдобыстрота.

3.2.  Физические системы координат: система центра масс, лаборато рная система, симметричная система и др. Связь характеристик частиц в этих системах: преобразования Лоренца. Инварианты лоренцсвских преобразований.

3.3.  Внутренние квантовые числа: спин, изотопспин, лептонный и б арионный заряды, странность, чарм, бьюти, топ — и законы их сохранения. Дискретная симметрия. Законы сохранения.

3.4.  Дифференциальное и полное сечение реакций, матричный эл емент, фазовый объем.

3.5.  Особенности кин ематики распада на две, три или более частиц.

4.  Общие свойства фундаментальных взаим одействий

4.1. Электрослабые, сильные и гравитационные взаимодействия. Бегущие константы взаимодействий. Характерные эффективные сечения и другие особенности разных типов взаимодействий. Фундаментальные частицы и их роль в процессах взаимодействия.

4.2.  Универсальный характер взаимодействий и Великое объ единение.

4.3.  Открытие позитрона, мюона, p  - мезона, странных и очар ованных частиц.

4.4.  Фермионы (лептоны, кварки) и бозоны (глю оны, фотоны, W ±-, Z 0- бозоны, гипотетический бозон Хиггса, мезоны и рез онансы). Распады частиц под влиянием сильных, электромагнитных и слабых сил.

4.5.  Открытие  W ±-, Z 0- бозонов. Открытие  t- кварка.

4.6.  Адроны (барионы, мезоны, резонансы) и ядра. Кварковая стру ктура адронов.

4.7.  Гипотеза суперсимметричных частиц. Великое объединение. Ра спад протона.

4.8. CP- нарушение и его экспериментальные проявления.  CPT- теор ема.

4.9.  Распады нейтральных каонов. Углы смешивания Кабибо. Матр ица Кабаяши—Маскавы. Осцилляции странности. Регенерация каонов.

5.  Структура адронов

5.1.  Магнитные моменты и  g- ф aкторы частиц.

5.2.  Партонная структура нуклона из экспериментов по глубоконеу пругому рассеянию n р р кварки, их спин и электрические зар яды.

5.3.  Валентные и морские кварки и глюоны и  их структурные функции в адронах и ядрах. Методы их измерения. Бьеркеновский скейлинг. Квантовое число «цвет».

5.4.  Свойства кварков и глюонов из экспер иментов по электрон-позитронной аннигиляции в адроны: масса кварков, их спин и заряд, экспериментальное доказательство  сущес твования «цветного» заряда.

5.5.  Проблема невылетания цвета (конфайнмент) и адронизация ква рков.

5.6.  Рассеяние электронов и нейтрино на нуклонах. Формулы Резе рфорда, Мотта и Дирака.

5.7.  Кварконий. Потенциальное описание цветовых взаимодействий. Основные положения квантовой хромодинамики. М еханизм Дрелла-Яна.

6.  Свойства лептонов

6.1.  Электроны, мюоны, нейтрино (вейлевские, дираковские, майор ана). Их заряды, массы, лептонные числа, спиральность, нарушение четности. Поколения лептонов и кварков и их возможное число. Методы определения (космологические и ускорительные).

6.2.  Слабые взаимодействия при высоких энергиях. Универсальный характер слабых взаимодействий. Взаимоде йствия нейтрино с кварками. Заряженные и нейтральные токи. Сечения слабых взаимодействий.

6.3.  Осцилляции нейтральных каонов и гипотеза нейтринных осци лляций. Осцилляции нейтрино в плотном веществе (эффект Михеева—Смирнова—Вольфенштейна).

6.4.  Солнечные нейтрино и их происхо ждение. Эксперименты Девиса и их результаты. Галлиевые детекторы. Примеры более поздних экспериментов по изучению потоков солнечных нейтрино и осцилляций (Камиоканде и др.).

7.  Электромагнитные взаимодействия *

7.1.  Тормозное и синхротронное излучение. Излучение Вавилова—Ч еренкова. Переходное излучение. Рождение электрон-позитронных пар фотонами. Энергетические зависимости сечений и потерь энергии.

7.2.  Особенности прохождения заряженных частиц через вещество. Иониз ационные потери энергии. Формула Бете—Гайтлера. Радиационная длина и критическая энергия.

7.3.  Эффект Ландау—Померанчука—Мигдала.

7.4.  Электронно-фотонный каскад. Основные результаты теории (чи сло частиц в максимуме каскада, положение максимума, зависимость от энергии и атомного номера).

7.5.  Каскад в атмосфере, радиус ливня, состав частиц. Связь с энерг ией первичной частицы.

7.6.  Черенковское и радиоизлучение ливня. Примеры установок для изучения широких атмосферных ливней. Де йствующие и проектируемые установки для регистрации космических лучей предельно высоких энергий (ШАЛ—1000 и др.).

7.7.  Обнаружение «излома» в энергетическом спектре первичного космического излучения при энергии 5 ·106  ГэВ и его современное объя снение в диффузионной модели. Возможность галактической и внегалактической протонной астрономии при предельно высоких энергиях космических частиц (109 – 1011  ГэВ).

8.  Стандартная Модель

8.1.  Понятие о калибровочной природе сильных и электрослабых взаимодействий. Основные положения Стандар тной Модели.

8.2.  Экспериментальное обнаружение  W +-, W и  Z 0- бозонов.

8.3.  Роль гипотетического скалярного Хиггс-бозона в теории. Во зможные эксперименты для его обнаружения в e + e - и  рр- столкнов ениях.

9.  Сильные взаимодействия

9.1.  Поперечные сечения процессов взаимодействия. Полные, упр угие и неупругие поперечные сечения. Экспериментальное определение поперечных сечений разных процессов. Оптическая теорема. Предел Фруассара.

9.2.  Зависимость поперечных сечений от природы и энергии соуд аряющихся частиц (экспериментальные данные и теоретические предсказания). Рассеяние частиц на ядрах. Формфакторы.

9.3.  Множественное рождение частиц при высоких энергиях — ун иверсальный процесс. Эксклюзивный, инклюзивный и эвентуальный способы анализа процессов. Основные характеристики процесса: множественность, импульсные и угловые распределения.

9.4.  Основные механизмы адронных взаимодейс твий (дифракционные процессы, пионизация и фрагментация; кластеризация, эффект лидирования и относительное постоянство поперечного импульса). Струи. Асимметрия разлета вторичных частиц в системе центра масс столкновения мезонов и нуклонов. Фейнмановский скейлинг.

9.5.  Открытие ядерно-каскадного процесса в космических лучах. Ос обенности адронных взаимодействий при сверхвысоких энергиях.

9.6.  Взаимодействие адронов с ядрами и ядер с ядрами.  Основные характеристики. Зависимость основных параметров столкновения от атомного номера Способы описания столкновений с ядрами: глауберовский подход, ядерно-каскадные модели, струнные модели, модель независимых столкновений.

9.7.  Кварк-глюонная плазма и ее проявл ения.

9.8.  Принципы построения моделей для описания процессов множес твенного рождения частиц в мягких процессах (статистические, гидродинамические модели, мультипериферические, кварк-глюонные и др.). Основные предсказания моделей.

Основная литература

Ахиезер А.И., Шульга Н.В. Электродинамика высоких энергий в веществе. М.: Наука, 1993.

Мурзин В.С., Сарычева Л.И. Физика адронных процессов. М.: Эне ргоатомиздат, 1986.

Гришин В.Г. Кварки и адроны во взаимодействиях частиц выс оких энергий. М.: Энергоатомиздат, 1988.

Ермолов П.Ф. Лептонные взаимодействия при высоких энергиях. М.: Изд-во МГУ, 1987.

Окунь Л.Б. Введение в физику элементарных частиц. М.: Наука, 1992.

Окунь Л.Б. Лептоны и кварки. М.: Наука, 1990.

Перкинс Д. Введение в физику высоких энергий. М.: Энергоатоми здат, 1991.

Мурзин В.С. Введение в физику космических лучей. 3-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1988.

Гольданский В.И., Никитин Ю.П., Розенталь И.Л. Кинематич еские методы в физике высоких энергий. М.: Наука, 1987.

Христиансен Г.Б., Куликов Г.Б., Фомин Ю.А. Космическое излуч ение сверхвысоких энергий. М.: Наука, 1975.

Физическая энциклопедия / Под ред. А.М. Прохорова. Т. 1 — 5. М.: Сов. э нциклопедия; Большая российская энциклопедия, 1988 – 1998.

Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика