Nombre de la signatura Fisica Nuclear y de Particulas Código Curso / Grupos 5/1. Créditos LRU Teóricos 4.5

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1 GUÍA DE LA ASIGNATURA TÍTULO DE LA ASIGNATURA Lic. CC. Fisicas 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 Código Curso / Grupos 5/1 Tipo Troncal Créditos LRU Teóricos 4.5 Estimación del volumen de trabajo del alumno (ECTS)* Prácticos ECTS/145 horas Duración Cuatrimestral (1º) Idiomas en que se imparte Castellano 1.2 Del profesorado: Nombre y Apellidos Área/ Departamento EMILIO FÍSICA TORRENT TEORICA/FIS LUJANICA 2-Presentación Despacho y Facultad dónde se ubica. Teléfono Correo electrónico y página web F. QUIM/ etl@um.es ente Horario de atención al alumnado 1º C L-M-X 9-14h 2º C L-M-X 9-14h 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

2 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

3 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 Z 0 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 La Helicidad de los Neutrinos 3

4 Principio de Balance Detallado Teorema de Estados Finales Isospín SU(3) Tema 9: Simetrías CP y CPT Simetría CP Teorema CPT El Sistema K 0 -[`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 + e - Colisión 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 Z 0 Simetría SU(2) L ÄU(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. Determinación de distribuciones de neutrones. Otros métodos. 4

5 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 ampliación específica de algún tema concreto y/o cualquier otro tipo de información 5

6 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. 6

7 9-Bibliografía recomendada: E.Torrente lujan, Fisica Nuclear y de particulas, Ed. Diego marin,2011. A. Ferrer: Fisica Nuclear y de Particulas, Universidad de Valencia, E. Segre: Nuclear Physics and Particles, Wiley,1970. F. Halzen, A. Martin: Particle Physics, A. Wiley, F. Mandl and G. Shaw, "Quantum Field Theory", John Wiley & Sons, M.E. Peskin and D.V. Schroeder, "An Introduction to Quantum Field Theory",