01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц *

* Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 23 августа 2007 г. № 138
 

СВОЙСТВА ЯДЕРНЫХ СИЛ И АТОМНЫХ ЯДЕР.

1.1. Энергия связи атомных ядер. Формула Вайцзекера и смысл ее слагаемых.

1.2. Размеры и форм-факторы ядер. Экспериментальные методы их определения.

1.3. Спины, магнитные дипольные и электрические квадрупольные моменты ядер. Изотопический спин.

1.4. Свойства симметрии ядерных систем, связанные с пространственной и временной инвариантностью.

1.5. Теория дейтрона.

1.6. Однонуклонный обменный потенциал, нецентральный характер ядерных сил, проблема насыщения ядерных сил, изотопическая инвариантность.

1.7. Мезонная теория ядерных сил.

1.8. Одночастичная оболочечная модель ядра. Экспериментальное обоснование модели. Одночастичные состояния в изотропном осцилляторном потенциале, магические ядра, спины и магнитные моменты ядер, границы применимости модели.

1.9. Модель оболочек для деформированного ядра.

1.10. Обобщенная модель ядра. Электрические квадрупольные и магнитные дипольные моменты атомных ядер в обобщенной модели.

1.11. Модель ядра как конечной Ферми-системы. Квазичастицы.

1.12. Виды возбуждения атомных ядер. Колебательные и колебательно-вращательные возбуждения.

1.13. Вращательные возбуждения четных и нечетных ядер.

1.14. Основные закономерности радиоактивного распада. Вековое уравнение. Статистический характер радиоактивного распада.

1.15. α-распад и спонтанное деление ядер. Закон Гейгера-Неттола. Вероятность α-распада.

1.16. β-распад ядер. Теория β-распада Ферми. Правила отбора. Нейтрино и его характеристики.

1.17. γ-излучение ядер. Правила отбора и вероятности γ-переходов.

1.18. Поиск сверхтяжелых ядер и новых магических чисел.

II. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ.

2.1. Упругое рассеяние частиц в потенциальном  поле. Амплитуда и сечение рассеяния. Лабораторная система и система центра масс, обратная задача рассеяния.

2.2. Метод парциальных волн в случае рассеяния поглощающим потенциалом, комплексные сдвиги фаз, амплитуды столкновений. Фазовый анализ данных эксперимента по нуклон-нуклонному рассеянию.

2.3. Каналы реакций, матрица рассеяния, принцип детального равновесия, унитарность, дисперсионные соотношения, оптическая теорема.

2.4. Законы сохранения в ядерных реакциях. Пороговые реакции. Классификация ядерных реакций.

2.5. Модель ядерных реакций через промежуточное ядро. Резонансные  ядерные реакции при низких  энергиях частиц.

2.6. Статистическая модель ядерных реакций через составное ядро.

2.7. Взаимодействие медленных нейтронов с ядрами, когерентное и некогерентное рассеяние, показатель преломления нейтронных волн в веществе.

2.8. Оптическая модель ядерных реакций. Эйкональное приближение. Дифракционное рассеяние.

2.9. Прямые ядерные реакции. Реакции срыва и подхвата.

2.10. Фотоядерные реакции. Эффект Мессбауэра.

2.11. Ядерные реакции с тяжелыми ионами.

2.12. Деление ядер под действием нейтронов. Энергетический баланс. Кривая распределения осколков по массе. Цепная ядерная реакция.

2.13. Реакция синтеза. Критерий Лоусона. Проблема УТС.

III. ЯДЕРНАЯ АСТРОФИЗИКА.

3.1. Большой взрыв. Закон Хаббла.

3.2. Инфляционная модель и роль скалярного поля в эволюции Вселенной.

3.3. Эры преобладания излучения и вещества во Вселенной. Спиновые степени свободы релятивистской плазмы.

3.4. Бариогенезис и барионная асимметрия Вселенной.

3.5. Великое объединение. Планковский масштаб величин.

3.6. Первичный нуклеосинтез.

3.7. Природа реликтового излучения и его асимметрии.

3.8. Темная материя.

3.9. Темная энергия.

3.10. Черные дыры. Нейтронные звезды. Белые карлики.

IV. ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЯДЕРНОРЙ ФИЗИКИ.

4.1. Взаимодействие заряженных частиц с веществом. Ионизационные и радиационные потери энергии, длина пробега. Многократное рассеяние.

4.2. Взаимодействие γ-лучей с веществом. Фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пар. Полное сечение поглощения γ-лучей.

4.3. Основные принципы регистрации частиц. Ионизационные камеры, пропорциональные счетчики и счетчики Гейгера-Мюллера. Кристаллические и сцинтилляционные детекторы. Камеры Вильсона, счетчик Черенкова, трековые и стримерные камеры.

4.4. Электростатическое и магнитное взаимодействие ядер с атомными и молекулярными полями. Измерение магнитных дипольных и электрических квадрупольных моментов. Измерение масс ядер.

4.5. Исследование радиоактивного распада ядер. Измерение постоянных распада. Метод запаздывающих совпадений. Измерение энергии α- и β-частиц и времени жизни ядер при радиоактивном распаде.

4.6. Экспериментальные методы спектрометрии γ-излучения ядер. Измерения энергии излучения, вероятностей переходов  и квантовых характеристик ядерных уровней. Угловые распределения и угловые корреляции.

4.7. Ускорители частиц. Принцип работы линейных и циклических ускорителей. Принцип автофазировки. Коллайдеры.

V. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ.

5.1. Элементарные частицы и их классификация. Законы сохранения. Основные кинематические характеристики частиц. Внутренние квантовые числа – спин, изоспин, лептонный и барионный заряды, странность, очарование, бьюти, топ.

5.2. Фермионы и бозоны. Адроны и лептоны. Стабильные и нестабильные частицы, резонансы. Времена жизни, ширины распадов и относительные вероятности. Фундаментальные частицы (лептоны, кварки, калибровочные бозоны) и их роль в процессах фундаментальных взаимодействий.

5.3. Дискретные, точные и нарушенные симметрии и связанные с ними квантовые числа. Нарушение P-, C- и CP-симметрий, CPT- теорема.

5.4. Свойства лептонов. Электроны, мюоны, тау-лептоны, три типа нейтрино. Их заряды, массы. Лептонные числа.  Нейтринные осцилляции.

5.5. Классификация адронов. Изоспиновая и унитарная симметрии.

5.6. Кварковая структура адронов. Кварки, их спины, ароматы, электрические заряды и другие квантовые числа. Глюоны.

5.7. Основные типы фундаментальных взаимодействий: электромагнитные, слабые (электрослабые), сильные и гравитационные. Константы связи. Характерные эффективные сечения и другие особенности разных типов взаимодействий. Элементы диаграммной техники. Оценка вероятностей процессов.

5.8. Феноменологическое описание внутренней структуры адронов. Формфакторы. Структурные функции.

5.9. Локальная калибровочная инвариантность. Векторные бозоны как переносчики взаимодействия.

5.10. Основные положения квантовой хромодинамики. Цветовая симметрия. Поля Янга-Милса. Асимптотическая свобода и конфайнмент цветных кварков и глюонов.

5.11. Слабые взаимодействия. Универсальная теория четырехфермионного слабого взаимодействия Ферми. Сечения процессов слабых взаимодействий. Левые и правые, заряженные и нейтральные, векторные и аксиальные токи. Законы сохранения в слабых взаимодействиях.

5.12. Электрослабые взаимодействия. Лептоны и кварки как первичные источники электрослабого взаимодействия. Спонтанное нарушение симметрии. Механизм Хиггса генерации масс частиц.

5.13. Лагранжиан стандартной модели. Экспериментальные подтверждения стандартной модели.

5.14. Качественная зависимость констант связи от энергии. Рост константы связи электромагнитного взаимодействия с ростом передаваемого импульса. Асимптотическое уменьшение константы связи сильного взаимодействия с ростом передаваемого импульса. Объединение взаимодействий. Гипотеза суперсимметричных частиц.

5.15. Основные понятия струнной теории. Бозонная струя. Открытые и закрытые струны. Действие, уравнение движения бозонной струи.

ЛИТЕРАТУРА

  1. О.Бор, Б.Моттельсон, Структура атомного ядра, т. 1, М.: Мир, 1971. – 456 с.

  2. О.Бор Б.Моттельсон, Структура атомного ядра, т. 2, М.: Мир, 1977. – 464 с.

  3. Дж. Блатт, В.Вайскопф, Теоретическая ядерная физика, М.: ИЛ, 1954. – 658 с.

  4. А.С.Давыдов, Теория атомного ядра, М.: Физматгиз, 1958. – 658 с.

  5. Де Бенедетти, Ядерные взаимодействия, М.: Атомиздат, 1968. – 476 с.

  6. А.Г.Ситенко, В.К.Тартаковский, Лекции по теории ядра, М.: Атомиздат, 1972. – 352 с.

  7. Экспериментальная ядерная физика, т.1, под редакцией Э.Сегре, М.: ИЛ, 1955. – 664 с.

  8. Экспериментальная ядерная физика, т.2, под редакцией Э.Сегре, М.: ИЛ, 1955. – 494 с.

  9. Экспериментальная ядерная физика, т.3, под редакцией Э.Сегре, М.: ИЛ, 1955. – 648 с.

  10. А.М. Балдин, В.И. Гольданский, В.М.Максименко, И.Л. Розенталь, Кинематика ядерных реакций, М.: Атомиздат, 1968. – 456 с.

  11. О.Ф. Немец, К.О. Тернецкий, Ядерная реакции, Киев: «Вища школа», 1977. – 244 с.

  12. Р.Ньютон, Теория рассеяния волн и частиц, М.: Мир, 1969. – 608 с.

  13. С.М.Биленький, Введение в диаграммы Фейнмана и физику электрослабого взаимодействия, М.: Энергоатомиздат, 1990 – 325 с.

  14. Т.Ю.Ву, Т.Омура, Квантовая теория рассеяния, М.: Наука, 1969. – 452 с.

  15. М.Гольдбергер, К.Ватсон, Теория столкновений, М.: Мир, 1967. – 824 с.

  16. Л.Б.Окунь, Лептоны и кварки, М.: Наука, 1990. – 304 с.

  17. О.М.Бояркин, Введение в физику элементарных частиц, М.: УРСС, 2006. – 264 с.

  18. Л.Б.Окунь, Физика элементарных частиц, М.: Наука, 1988. – 272 с.

  19. Д.Перкинс, Введение в физику высоких энергий, М.: Энергоатомиздат, 1991. – 429 с.

  20. А.Любимов, Д.Киш, Введение в экспериментальную физику частиц, М.: УРСС, 2001. – 271 с.

  21. А.А.Богуш, Введение в полевую теорию элементарных частиц, Мн.: Наука и Техника, 1981. – 390 с.

  22. А.А.Богуш, Введение в калибровочную полевую теорию электрослабых взаимодействий, Мн.: Наука и техника, 1987. – 360 с.; М.: УРСС, 2003. – 360 с.

  23. Ф.Хелзен, А.Мартин, Кварки и лептоны, М.: Мир, 1987. – 451 с.

  24. К.Готтфрид, В.Вайскопф, Концепции физики элементарных частиц, М.: Мир, 1988. – 239 с.

  25. Г.Кейн, Современная физика элементарных частиц, М.: Мир, 1990. – 365 с.

  26. К.Хуанг, Кварки и лептоны, М.: Мир, 1884. – 382 с.

  27. Ф. Индурайн, Квантовая хромодинамика, М.: Мир, 1986. – 256 с.

  28. В.Б.Берестецкий, Б.М.Лившиц, Л.П.Питаевский, Теоретическая физика, т. 4 –  Квантовая электродинамика, М.: Наука, 1990. – 702 с.

  29. Н.Н.Боголюбов, Д.В.Ширков, Квантовые поля, М.: УРСС, 2005. – 384 с.

  30. А.М.Поляков, Калибровочные поля и струны, М.: УРСС, 1999. – 316 с.

  31. Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, А.Штаудт, Неускорительная физика элементарных частиц, М.: УРСС, 1997. – 528 с.

  32. В.Г.Рау, Основы теоретической физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц, М.: УРСС, 2005. – 144 с.

  33. Б.С.Ишханов, И.М.Капитонов, Н.П.Юдин, Частицы и атомные ядра, М.: УРСС, 2005. – 638 с.

  34. Физика космоса, Маленькая энциклопедия, 2-е изд., М.: Сов. энциклопедия, 1986. – 783 с.

  35. Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, К.Цюбер, Астрофизика элементарных частиц, М.: Ред. Журн. УНФ, 2000. – 496 с.

  36. А.Д.Линде, Физика элементарных частиц и инфляционная космология, М.: Наука, 1990. – 346 с.