IN STITUT O POLIT ECNICO NACION AL SEC RETARIA ACADEM IC A DIRE CCION D E ESTU DIOS PR OFESION ALES ESCUELA: SUPERIOR DE FISICA Y MATEMATICAS CARRERA: LIC. EN FISICA Y MATEMATICAS ESPECIALIDAD: COORDINACION: ACADEMIA DE FISICA MODERNA DEPARTAMENTO: FISICA
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES CLAVE: 0825 SEMESTRE: 8o. CREDITOS: 12 VIGENTE: 94/95 TIPO DE ASIGNATURA: OPTATIVA MODALIDAD: ESCOLARIZADO
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA Dados los grandes avances científicos durante las últimas decadas, en la física de partículas elementales o física de altas energías, es indispensable ofrecer un curso actualizado que proporcione al estudiante una panorámica general relativa a la estructura básica de esta rama de la física, enfatizando y explicando las ideas y los conceptos básicos que actualmente se manejan y proporcionándole la herramienta matemática indispensable para atender los distintos tipos de modelos aceptados a la fecha e iniciándolo en los nuevos cauces de la física en esta especialidad. Este curso está vinculado en forma estrecha dentro del plan de estudios vigentes con varias asignaturas básicas tales como Física Teórica I, Física Teórica III y Mecánica Cuántica. Por ello se hace necesaria una buena formación del estudiante en esas materias. En graduados se conecta con cursos afines, como Partículas Elementales , Mecánica Cuántica OBJETIVO GENERAL El objetivo que se persigue es que el estudiante conozca cuales son los constituyentes básicos de la materia y sus interacciones fundamentales. Que entiendan como se organizan estos constituyentes para formar partículas y cuales son los principios básicos en torno a los cuales se construye la Teoría. Qué simetrías son preservadas o violadas en la naturaleza, qué leyes se derivan de ello y como se formulan los modelos dinámicos de interacciones electro-débiles y fuertes. TIEMPOS TOTALES ASIGNADOS: HRS./SEMESTRE:120HRS/SEMANA:6 HRS./TEORIA/SEMESTRE:120 HRS./PRACTICA/SEMESTRE:
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR:ACADEMIA DE FISICA MODERNA REVISADO POR: DEPTO. DE FISICA APROBADO POR: CONS.TEC.CONS.ESC.
AUTORIZADO POR: M. en C. OLGA L. HERNANDEZ CH. DIRECTORA
ASIGNATURA:INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE:
0825
HOJA
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FUNDAMENTACION
Relativista, Teoría del Campo; así como en temas relacionados de investigación. El método del curso es esencialmente la impartición teórica en el pizarrón y con acetatos (y retroproyector), exhibición de películas, las tareas por medio de la resolución de problemas, y/o desarrollo de temas que eventualmente podrán ser expuestos en clase para su discusión. Se practicará la evaluación por medio de exámenes escritos y orales periódicos.
ASIGNATURA: INITRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825
HOJA 3
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NOMBRE: INTRODUCCION
No.UNIDAD: I
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Se revisan los elementos esenciales para el entendimiento del micromundo. Se hace una exploración al interior de los núcleos y se plantean varios modelos nucleares, se describen las condiciones de estabilidad e inestabilidad o radioactividad nuclear. Se analizan algunas reacciones nucleares y varios mecanismos de producción de energía, tales como la fisión y fusión nucleares. Para el entendimiento de los nucleones o constituyentes nucleares hace falta una teoría fina que describa situaciones de muy alta energía y distancias muy pequeñas. Las teorías apropiadas son la relatividad especial y la mecánica cuántica que al ser combinadas generan la mecánica cuántica relativista que constituye el pilar básico para la descripción de la microfísica. Se discuten las ecuaciones cuántico relativistas tales como la Ecuación de Klein Gordon, Dirac, Maxwell, Weyl y Proca en un lenguaje covariante. # DE TEMA I.1
I.2
I.3
I.4
TEMAS Materia y radiación. Principios químicos. Radiación atómica. Modelo atómico de Rutherford. Estructura Nuclear, Modelos Nucleares. Transformaciones Nucleares. Relatividad especial. Transformaciones de Galileo. Constancia de la velocidad de la luz. Transformaciones de Lorentz. Cinemática e invariantes relativistas. Mecánica Cuántica. Hipótesis de Planck. Einstein y el efecto fotoeléctrico. Atomo de Bohr. Dualidad de D'Broglie. Funciones de Onda de Schroedinger. Mecánica Cuántica de Heisenberg y el Principio de Incertidumbre. Interpretación de . Spin. Principio de Exclusión de Pauli. Teoría cuántica relativista. Ecuación de Klein-Gordon. Ecuación de Dirac. Ecuaciones de Maxwell. Teoría cuántica de campos. Campos en interacción. Teoría de perturbaciones. Procesos virtuales. Renormalización. Electrodinámica cuántica.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 8
H /P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,12,13, 14
8 1,3,4
4 1,3,15
24 1,2,3,4
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES CLAVE: 0825 No.UNIDAD: II NOMBRE: PARTICULAS E INTERACCIONES BASICAS
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OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Se describen las fuerzas básicas en la naturaleza y los principios a través de los cuales se interpretan estas fuerzas como interacciones que requieren de mediadores o bosones de norma. El principio de simetría y el Teorema de Noether son los ingredientes fundamentales. Se introduce el concepto de Isospín. Se describen los procesos a través de los cuales son generadas una multitud de partículas del tipo protón y neutrón (hadrones). Se consideran los procedimientos de asignación de números cuánticos tales como spin, paridad, isospín, extrañeza e hipercarga y un primer esquema de clasificación de estas partículas.
# DE TEMA II
TEMAS Fuerzas fundamentales. Simetrías en el micromundo. Leyes de conservación. Teorema de Noether. Clasificación de las partículas hadrónicas. Mesón de Yukawa y muón. Spin isotópico. Bariones, mesones y leptones. Piones, spin y paridad. Partículas extrañas. Kaones de hiperones. Hipernúcleos.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 14
H/ P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2,4
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
No.UNIDAD: III
NOMBRE:
CLAVE: 0825
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FISICA DE INTERACCIONES FUERTES
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Debido a la plétora de "partículas elementales" es necesario buscar un esquema más fundamental. Se plantea en base a Teoría de Grupos el Modelo de Quarks .
# DE TEMA III
TEMAS Partículas resonantes. Simetrías internas, SU(3) y modelo de Quarks. Dinámica hadrónica. Trayectorias de Reqge. Colisiones hadrónicas.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 8
H/ P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,5,4,10
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825 HOJA 6
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NOMBRE: INTERACCIONES DEBILES I
No.UNIDAD: IV
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Se discuten los pasos preliminares, tales como el descubrimiento de la violación de la paridad y la predicción de la existencia del neutrino en sus diferentes formas, que conducen a una primera formulación de Fermi de las interacciones débiles. También se plantea la violación de la simetría CP.
# DE TEMA IV
TEMAS Violación a la paridad. Invariancia CP. Teoría de Fermi. Decaimiento Beta. Polarización. Helicidad del neutrino. Diversos tipos de neutrinos. Kaones neutrales y violación CP.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 8
H/ P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2,4
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825
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NOMBRE: INTERACCIONES DEBILES II
No.UNIDAD: V
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Se considera la teoría corriente-corriente en las interacciones débiles y se tratan diferentes procesos en los que participan tanto leptones como hadrones. Se introducen los mediadores W.
# DE TEMA V
TEMAS Teoría corriente-corriente. Procesos leptónicos. Corriente leptónica Interacciones a orden superior. Dispersión electrón neutrino. Interacciones débiles de hadrones. Corriente hadrónica. El bosón W.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 8
H /P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2,5,7,68 ,10
ASIGNATURA:INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825
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NOMBRE: TEORIAS DE NORMA DE LAS INTERACCIONES ELECTRODEBILES
No.UNIDAD: VI
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Se explican los principios de simetría que obedece la naturaleza a través de las llamadas Teorías de Norma. Se introduce el llamado fenómeno de rompimiento espontáneo de la simetría global y local, conocido este último como Mecanismo de Higgs. Se describe el Modelo de Glashow-WeinbergSalam y sus consecuencias.
# DE TEMA VI
TEMAS Teorías de norma de las interacciones débiles. Motivación. Problemas con el W. Teorías de norma. Formulación de la electrodinámica cuántica (QED). Simetría global y local. Invariancia de norma en QED e interacciones débiles. Rompimiento espontáneo de la simetría. Bosones de Goldstone.
INSTRUMENTACION DIDACTICA en pizarrón, Clase de teoría problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 6
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EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2,5,9, 11
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825
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NOMBRE: DISPERSION PROFUNDAMENTE INELASTICA
No.UNIDAD: VII
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Los procesos de dispersión inelástica profunda son la vía experimental para detectar los partones o "partes" que constituyen a los hadrones. Los resultados de estos experimentos verifican la existencia interna de Quarks y de Gluones, estos últimos son los mediadores de la verdadera interacción básica fuerte.
# DE TEMA VII
TEMAS Mecanismo de Higgs. Higgses. Modelo de Glashow-Wenberg-Salam. Consecuencias El del modelo. Corrientes neutras. encanto (charm). Procesos profundamente inelásticos. Partones. Escalamiento. Dispersión electrón-nucleón.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
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EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2,4
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE: 0825
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NOMBRE: CROMODINAMICA CUANTICA. LA TEORIA DE LOS QUARKS
No.UNIDAD: VIII
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD La Cromodinámica Cuántica es la teoría dinámica que describe a las interacciones fuertes que se manifiestan entre los Quarks, y que son mediadas por Gluones y provocadas por una carga llamada "color".
# DE TEMA VIII
TEMAS Microscopía profundamente inelástico. Quarks y fuerzas fuertes. Dispersión Modelo de Quarks y neutrino nucleón. fuerzas fuertes. Dispersión neutrino nucleón. Modelo de Quarks. Funciones de estructura electromagnéticas y débiles.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
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EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
No.UNIDAD:
IX
CLAVE: 0825
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NOMBRE: COLISIONES ELECTRON-POSITRON
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Las Colisiones electrón-positrón son experimentos "limpios", es decir puramente leptónicos. A estos experimentos se debe el descubrimiento de las nuevas familias o generaciones de Quarks.
# DE TEMA IX
TEMAS Quarks coloreados. Teoría de norma de color glue balls. Libertad asintética, violación del confinamiento de Quarks. Colisiones. Fuerzas. Jets. Sondeando el vacío. Experimentos. Quarks y el encanto. Psicología. Otra familia. Upsilón. Leptón Tav. Actualidad y futuro de experimentos ete=Jets. Fuerza deb. 1 en ete. Detección de los bosones W± y 2 colisiones p-p.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
H/T 6
H/P
EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2
ASIGNATURA: INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
No.UNIDAD:
CLAVE: 0825
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NOMBRE: ACTIVIDADES
X
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD Estado del Arte. En esta sección se dan a conocer algunos de los problemas que a la fecha no han sido resueltos y los diferentes caminos que se exploran para resolverlos en este momento. Esta última sección está dedicada a las actualidades en la física de partículas y se dan a conocer las últimas ideas que se manejan a nivel nacional e internacional.
# DE TEMA X
TEMAS Teoría de Gran-Unificación (GOT). Bosones X Consecuencias. Decaimiento del Protón. Oscilaciones de Neutrones. Gut y cosmología. Ideas más recientes. Technudor Superunificación, Supergravedad. Kaluza-Klein, Supercuerdas, (TOE) Modelos Compuestos.
INSTRUMENTACION DIDACTICA Clase de teoría en pizarrón, problemas y exhibición de películas relativas al tema.
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EC.
CLAVE BIBLIO. 1,2
ASIGNATURA:INTRODUCION A LA FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES UNIDADES TEMATICAS
Ultima semana del 2º mes del curso
Capítulo I y II
Examen escrito y tareas.
Ultimas semana del 4º mes del curso
Capítulo III - VI
Examen escrito y desarrollo en temas.
Ultimo día oficial de clases
Capítulo VII-X
CLAVE
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EVALUACION
PERIODO
PROCEDIMIENTOS DE
CLAVE: 0825
Desarrollo a temas y examen escrito final.
B I B L I O G R A F I A B
C
1
Dodd, J.E., "The Ideas of Particles Physics". Cambridge University Press (1984).
2
Kane, Gordon., "Modern Elementary Particle Physics", Addison-Wesley Pub. Co.(1987).
3
Bjorken and Drell., "Relativistic Quantum Mechanics", Mc Graw Hill.
4
Ryder, Lewis H., "Quantum Field
5
Close, F.E., "An Introduction to Quarks and Partons". Academic Press (1979).
6
Aitchison, I.J. Retal., "Gauge theories in Particle Physics". Adam Hilger Ltd. Bristol(1982).
7
Commins, Eugeno D. et al., "Weak Interactions of leptons and Quarks" Cambridge Univ. Press (1983).
8
Halzen, F. and Martin A.D., "Quarks and
Theories". Cambridge University Press,(1985).
Leptons" , John Weley & sons, (1984).
ASIGNATURA:INTRODUCCION A FISICA NUCLEAR Y PARTICULAS ELEMENTALES
CLAVE
CLAVE: 0825
HOJA 14 DE 14
B I B L I O G R A F I A B
C Primer for George Theories " World Scientific ,
9
Moriyashu K., " An Elementary (1983).
10
Huang, K., " Quarks Leptons and Gauge Fields ", World Scientific, (1982).
11
Cheng,ta Peiand Ling-Foyali, " Gauge theory of Elementary Particle Physics ", Claredon Press, Oxford (1984).
12
Elton, "Introductory Nuclear Theory", W.B. Saunders Co. (1966).
13
Krane, K., Física Moderna, Editorial Limusa (1991).
14
Gautreau R., Savin W., "Física Moderna" Mc. Graw Hill (1978).
15
Roman P., "Advanced Quantum Mechanics",Addisson-Wesley.
