Předměty

Váš prohlížeč nepodporuje JavaScript nebo je jeho podpora vypnutá. Některé funkce nemusejí být dostupné.

Základy teorie elektroslabých interakcí - NJSF085

Anglický název:	Fundamentals of Electroweak Theory
Zajišťuje:	Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
Fakulta:	Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost:	od 2020
Semestr:	letní
E-Kredity:	6
Rozsah, examinace:	letní s.:2/2, Z+Zk [HT]
Počet míst:	neomezen
Minimální obsazenost:	neomezen
4EU+:	ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu:	ne
Stav předmětu:	vyučován
Jazyk výuky:	čeština, angličtina
Způsob výuky:	prezenční
Způsob výuky:	prezenční

Garant:	prof. RNDr. Jiří Hořejší, DrSc. doc. Ing. Michal Malinský, Ph.D.
Kategorizace předmětu:	Fyzika > Jaderná a subjaderná fyzika
Patří mezi:	Doporučené přednášky 2/2

Výsledky anket Termíny zkoušek Rozvrh LS Nástěnka

Anotace -

Poslední úprava: T_UCJF (16.04.2015)

Cesta k fenomenologické V-A teorii slabých interakcí. Idea sjednocení slabých a elektromagnetických interakcí. Neabelovská kalibrační pole a Higgsův mechanismus. Glashow-Weingberg-Salamův standardní model elektroslabých interakcí.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: doc. Mgr. Milan Krtička, Ph.D. (10.06.2019)

Zkouška má písemnou a ústní část. K ústní části student postoupí po úspěšném složení písemné části. Výsledná známka je dána kombinací výsledku části písemné a ústní.

Literatura -

Poslední úprava: T_UCJF (18.03.2015)

Hořejší J., Fundamentals of electroweak theory, Karolinum, Praha 2003.

Hořejší J., Introduction to electroweak unification, World Scientific, Singapore 1994.

Renton P., Electroweak interactions, Cambridge University Press, Cambridge 1990.

Paschos E. A., Electroweak theory, Cambridge University Press, Cambridge 2007.

Požadavky ke zkoušce

Poslední úprava: prof. RNDr. Jiří Hořejší, DrSc. (13.10.2017)

Podmínkou pro připuštění ke zkoušce je předchozí získání zápočtu.

Zápočet je udělen po získání patřičného počtu bodů jednak za odevzdané domácí úkoly a za zápočtovou písemnou práci. Dodatečným bonusem je aktivní účast na cvičeních.

Zkouška má písemnou a ústní část. K ústní části student postoupí po úspěšném složení písemné části. Výsledná známka je dána kombinací výsledku části písemné a ústní.

Sylabus -

Poslední úprava: T_UCJF (18.03.2015)

Základy teorie elektroslabých interakcí

Beta-rozpad neutronu. Kinematika procesu. Fermiho teorie. Vazbová konstanta slabé interakce. Fermiho a Gamow - Tellerovy přechody v jádrech. Zobecnění Fermiho modelu. Čtyřfermionová interakce s členy typu S, V, A, T, P. Nezachování parity a jeho formální popis v lagrangiánu slabé interakce. Nerelativistická aproximace pro nukleony v b-rozpadu. Energetické spektrum b-elektronů. Fierzovy interferenční členy. Kurieův graf. Stupeň polarizace elektronů v b-rozpadu nepolarizovaného neutronu, resp. jádra. Maximální narušení parity. Úhlová korelace elektronu a antineutrina a eliminace interakcí typu S, T. Teorie dvoukomponentního neutrina. Weylova rovnice. Helicita neutrina. Interakce typu V, A. Určení vazbových konstant C_V, C _A. Úhlová korelace elektronu a antineutrina v rozpadu volného neutronu. Střední doba života neutronu a příslušná Fermiho konstanta G_b . Úhlové rozdělení elektronů v b-rozpadu polarizovaného neutronu a relativní znaménko C_V a C_A. Rozpad mionu. Energetické spektrum elektronů a Michelův parametr. Střední doba života mionu a příslušná Fermiho konstanta G_m . Rozdíl mezi G_b a G_m . Slabé rozpady hyperonů se změnou podivnosti. Cabibbův úhel. Existence dvou typů neutrin. Výběrová pravidla pro semileptonové rozpady hadronů. Feynman - Gell-Mannův interakční lagrangián typu proud x proud, proudy V - A. Rozpady nabitého pionu. Slabé interakce kvarků a leptonů. Předpověď "diagonálních" leptonových procesů a její potvrzení. Potíže teorie přímé čtyřfermionové interakce. Růst účinných průřezů ve stromové aprox imaci při vysokých energiích a podmínka unitarity. Účinný průřez pružného rozptylu (anti)neutrina na elektronu. Nerenormalizovatelnost poruchového rozvoje.

Model s nabitým intermediálním vektorovým bosonem W. Propagátor a polarizační vektory pro hmotný vektorový boson. Chování longitudinální polarizace při vysoké energii. Čtyřfermionové procesy a produkce páru W ⁺W ^-. Potíže teorií s nabitým hmotným vektorovým bosonem (slabé interakce a elektrodynamika). Idea sjednocení slabých a elektromagnetických interakcí. Nezbytnost zavedení nových částic a interakcí. Neabelovská kalibrační invariance a Yang-Millsovo pole. Goldstoneův model samointerakce komplexního skalárního pole. Spontánní narušení symetrie a Goldstoneův boson. Abelovský Higgsův model a hmotový člen vektorového pole. Higgsův mechanismus. Glashow-Weinberg-Salamův standardní model elektroslabých interakcí: Elektroslabé sjednocení na základě kalibrační grupy SU(2) x U(1). Reprezentace základních polí. Pravidlo Q = T₃ + Y. Weinbergův úhel q _W<
/I> .Volba U-kalibrace. Interakce neutrálního vektorového bosonu Z a neutrální proudy. Higgsův mechanismus a Weinbergova relace pro m_W / m_Z . Interakce v jednotlivých sektorech modelu. Elektroslabé interakce kvarků. Potíže modelu se třemi k varky u, d, s. Fenomenologická nepřijatelnost neutrálních proudů se změnou podivnosti. Zavedení "půvabného" c-kvarku a Glashow - Iliopoulos - Maianiho (GIM) mechanismus. Standardní model se dvěma generacemi fermionů. Diagonalizace hmotové matice kvarků a Cabibbův úhel. Tři generace fermionů a Kobayashi - Maskawova matice. Procesy rozptylu mionového (anti)neutrina na elektronu a určení parametru sin²q_W . Rozpady vektorových bosonů W a Z. Proces n anti nŕ W ^-W ⁺(ve stromovém přiblížení) v limitě vysokých energií jako příklad kompenzace divergencí ve standardním modelu elektroslabých interakcí.

Poslední úprava: T_UCJF (21.05.2003)

Fundamentals of the theory of electroweak interactions
Neutron beta decay. Kinematics. Fermi theory. Weak coupling constant. Fermi and Gamow - Teller transitions in nuclei. Generalization of Fermi model. Four-fermion interaction with S, V, A, T, P terms. Non-conservation of parity and its formal description within weak intaeraction Lagrangian. Non-relativistic approximation for nucleons in b-decay. Energy spectrum of b-electrons. Fierz interference terms. Kurie plot. Degree of polarization of electrons in b-decay of unpolarized neutron or nucleus. Maximal parity violation. Angular correlation of electron and antineutrino and elimination of S, T interactions. Two-component neutrino theory. Weyl equation. Helicity of neutrino. V, A interactions. Determination of coupling constants C_V, C_A. Angular correlation of electron and antineutrino in the decay of free neutron. Neutron mean lifetime and the corresponding Fermi constant G_b. Angular distribution of electrons in b-decay of polarized neutron and relative sign of the C_V and C_A. Muon decay. Electron energy spectrum and Michel parameter. Muon lifetime and the corresponding Fermi constant G_m. Difference between G_b and G_m. Strangeness-changing weak decays of hyperons. Cabibbo angle. Existence of two neutrino types. Selection rules for semileptonic hadron decays. Feynman - Gell-Mann current-current interaction Lagrangian, currents V - A. Decays of charged pion. Weak interactions of quarks and leptons. Prediction of "diagonal" leptonic processes and its confirmation. Difficulties of the theory of direct four-fermion interaction. Rapid (power-like) growth of tree-level cross sections at high energies and uni tarity condition. Cross section of elastic (anti)neutrino - electron scattering. Non-renormalizability of perturbation expansion.

Model with charged intermediate vector boson W. Propagator and polarization vectors for massive vector boson. Behaviour of longitudinal polarization vector in high-energy limit. Four-fermion processes and production of W ⁺W ^- pair. Difficulties of theories with charged massive vector bosons (weak interactions and electrodynamics). Idea of unification of weak and electromagnetic interactions. Need for additional particles and interactions. Non-abelian gauge invariance and Yang-Mills field. Goldstone model of self-interaction of complex scalar field. Spontaneous symmetry breakdown and Goldstone boson. Abelian Higgs model and mass term for the vector field. Higgs mechanism. Glashow - Weinberg - Salam standard model (SM) of electroweak interactions: Electroweak unification with gauge group SU(2) x U(1). Representations of basic fields. Rule Q = T₃ + Y. Weinberg (weak mixing) angle q_W. Choice of the U-gauge. Interactions of neutral vector boson Z with weak neutral currents. Higgs mechanism and Weinberg relation for m_W / m_Z. Interactions in various sectors of the model. Electroweak interactions of quarks. Difficulties of the model with three quark flavours u, d, s. Phenomenological unacceptability of strangeness-changing neutral currents. Introduction of "charmed" c-quark and Glashow - Iliopoulos - Maiani (GIM) mechanism. Standard model with two generations of elementary fermions. Diagonalization of quark mass matrix and Cabibbo angle. Three generations and Kobayashi - Maskawa matrix. Scattering of muon (anti)neutrino off electron. Determination of the parameter sin²q_W. Decays of vector bosons W and Z. Production of W ⁺W ^- pair in neutrino-antineutrino annihilation (at tree level) in SM. Cancellation of high-energy divergences descending from the individual Feynman diagrams.