FYS3510 - Subatomær fysikk med astrofysiske anvendelser
Kort om emnet
Grunnlegende begreper i partikkel- og kjernefysikk: symmetrier, vekselvirkninger, partikkelutveksling, spredning, tverrsnitt og henfallsrater, relativistiske kinematikk, kvantetall.
Kjernefenomenologi: kjerneegenskaper og stabilitet, bindende energi, kjernekrefter, radioaktiv henfall, kjern reaksjoner. Kjernemodeller: Fermi-gassmodell, skallmodell. Kjernemateriens termodynamiske egenskaper. Relativistiske tungionekollisjoner, kvark-gluon-plasma. Subatomære fysiske applikasjoner: fisjon, fusjon, bio-medisinske applikasjoner.
Partikkelfenomenologi: leptoner, kvarker, hadroner. Sterk vekselvirkning: farge, dyp inelastisk spredning, kvantekromodynamikk (QCD). Bundne systemer: mesoner og baryoner. Svak vekselvirkninger og elektrosvak forening, ladde og nøytrale strømmer. W- og Z-boson, og fermion-masser. Spontane symmetribrudd og Higgs-mekanisme. Flavour oscillasjoner, CP- og T-brudd. Nøytrinoens natur. Standardmodellen (SM) og teorier utover SM, stor forening, supersymmetri, strenger.
Astrofysikk og kosmologi: det tidlige univers, Big bang, nukleosynthese, sort materie, antimaterie.
Hva lærer du?
Studentene får en generell innføring i moderne subatomær fysikk. Dette omfatter elementærpartikkelfysikk: teoretisk bakgrunn og eksperimentell støtte for Standardmodellen for elementærpartikler og deres vekselvirkninger. Hva var fysikken i det tidlige universet? I tillegg gir kurset grunnleggende kunnskap om viktige egenskaper og fenomenologi for atomkjerner og andre faser av sterkt vekselvirkende materie, og deres
betydning for universets utvikling.
Emnet vil danne grunnlag for videregående
studier i eksperimentell og teoretisk elementærpartikkelfysikk og høyenergi kjernefysikk.
Studenten forventes å kunne gjøre rede for:
1. Grunnlegende begreper i subatomærfysikk
- Symmetrier og bevaringslover
- Relativistisk kinematikk, kollisjoner og henfall, spredningsteori og Feynman diagrammer
- Egenskaper av elementærpartikler, kvantetall: spin, isospin, ledninger …
- Leptoner, kvarker, gauge bosoner: fermioner and bosoner
2. Standardmodellen av elektrosvak og sterk vekselvirkninger
- Klassifisering av materie- og kraftpartikler
- Fundamentale vekselvirkninger
i. Kvanteelektrodynamikk (QED) og fotonet
ii. Svak vekselvirkninger og elektrosvak forening
Nøytrinoer; C, P, T, CP brudd; Masser og flavour oscillasjoner; Elektrosvak symmetri brudd og Higgs mekanisme
iii. Kvantekromodynamikk (QCD), asymptotisk frihet og innsperring: dyp inelastisk spredning; Kvark og gluon farger; hadroner: baryoner og mesoner
3. Atomkjerners generelle egenskaper
- Kjerner, kjernestabilitet og kjernekrefter
- deformerte kjerner, rotasjon, vibrasjon
- Kjernemodeller: skallmodell, Fermi-gassmodell
- Radioaktivitet: alfa-, beta- og gamma- henfall, samt fisjon og fusjon
4. Termodynamikk og fasediagram for sterkt vekselvirkende materie
- Kvark-gluon-plasma og dets signaturer
- Relativistiske tungionekollisjoner
5. Fysikk i det tidlige univers
- Kosmologi og Big bang
- Fasetransformasjoner, fra kvarker og leptoner til stjerner
- Nukleosynthese i det tidlige univers og in stjernenes indre
6. Åpne spørsmål og mulige svar
- Stor forening, sort materie, materies opprinnelse
- Kvark- og gluon innsperring
- Large Hadron Collider programmet
Opptak og adgangsregulering
Studenter må hvert semester søke plass på undervisningen og melde seg til eksamen i StudentWeb.
Dersom du ikke allerede har studieplass ved UiO, kan du søke opptak til våre studieprogrammer, eller søke om å bli enkeltemnestudent.
Forkunnskaper
Obligatoriske forkunnskaper
I tillegg til generell studiekompetanse eller realkompetanse må du dekke spesielle opptakskrav:
En av disse:
- Matematikk R1
- Matematikk (S1+S2)
Og en av disse:
- Matematikk (R1+R2)
- Fysikk (1+2)
- Kjemi (1+2)
- Biologi (1+2)
- Informasjonsteknologi (1+2)
- Geofag (1+2)
- Teknologi og forskningslære (1+2)
De spesielle opptakskravene kan også dekkes med fag fra videregående opplæring før Kunnskapsløftet, eller på andre måter. Les mer om spesielle opptakskrav.
Anbefalte forkunnskaper
FYS-MEK1110 - Mekanikk, FYS1120 - Elektromagnetisme, FYS2130 - Svingninger og bølger, FYS2140 - Kvantefysikk, FYS2160 - Termodynamikk og statistisk fysikk og FYS3110 - Kvantemekanikk.
Overlappende emner
5 studiepoengs overlapp mot hhv. FYS270 og FYS280, som ble undervist for siste gang høsten 2003.
Undervisning
Emnet går over et helt semester med 4 timer undervisning per uke. Noen kollokvier vil bli organisert. Emnet vil inkludere obligatoriske regneoppgave.
Eksamen
To obligatoriske innleveringsoppgaver. Avsluttende muntlig eksamen.
Karakterskala
Emnet bruker karakterskala fra A til F, der A er beste karakter og F er stryk. Les mer om karakterskalaen.
Begrunnelse og klage
Du kan be om begrunnelse for eksamenskarakterene, og du kan klage over karakterfastsettingen eller over formelle feil ved eksamen. Les mer om begrunnelse og klage.
Adgang til ny eller utsatt eksamen
Du kan vanligvis ta eksamen på nytt, men tidspunktet er avhengig av om du hadde gyldig forfall til ordinær eksamen. Les mer om å ta eksamen på nytt.
Tilrettelagt eksamen
En student som har en funksjonshemning og/eller kroniske eller akutte helseproblemer som fører til vesentlige ulemper i eksamenssituasjonen i forhold til andre studenter, kan søke om tilrettelegging ved eksamen. Mødre som ammer kan søke om tilleggstid på eksamen.
Evaluering av emnet
Tilbakemelding fra studentene våre er avgjørende for at vi skal kunne tilby best mulige emner og studieprogrammer. Vi gjennomfører fortløpende evaluering av dette emnet, og med jevne mellomrom ber vi studentene delta i en mer omfattende, periodisk evaluering av emnet.
Periodisk emneevaluering:
- rapport fra vårsemesteret 2011