Standardní model elektroslabých interakcí - NJSF120

• Anglický název: Standard Model of Electroweak Interactions
• Zajišťuje: Ústav částicové a jaderné fyziky (32-UCJF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2022
• 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: zrušen
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Jiří Hořejší, DrSc.; Ing. Jiří Hošek, DrSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Jaderná a subjaderná fyzika

Anotace

čeština

Poslední úprava: T_UCJF (19.01.2007)

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

angličtina

Poslední úprava: T_UCJF (19.01.2007)

The path to the phenomenological V-A theory of the weak interactions. The idea of unification of weak and electromagnetic interactions. Nonabelian gauge fields and the Higgs mechanism. The Glashow-Weinberg-Salam standard model of electroweak interactions.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: T_UCJF (19.01.2007)

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 kvarky 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.

 

angličtina

Poslední úprava: T_UCJF (19.01.2007)

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.