Документ 2523496

1.Цель и задачи дисциплины
Цель дисциплины – формирование у студентов целостного представления о
строении вещества с учетом наиболее важных достижений физики высоких
энергий последних десятилетий.
Задачи дисциплины:
 раскрыть роль ядерной физики и физики частиц в современной
физической картине мира;
 научить будущих учителей физики применять квантовые и
статистические законы для понимания сути физических процессов,
происходящих в глубине материи;
 научить студентов-физиков решать задачи по физике ядра и
элементарных частиц, применяя для этого знания и навыки,
приобретенные в результате изучения других разделов физики.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Студент, изучивший данную дисциплину, должен
иметь представление
 о роли физики ядра и элементарных частиц в общей структуре
физической науки;
 о роли фундаментальных взаимодействий в объяснении явлений
микромира и о взаимодействиях между этими взаимодействиями;
 о наиболее важных открытиях в физике высоких энергий за последние
два-три десятилетия;
 о перспективах развития современной физики частиц и об основных
проблемах, требующих своего разрешения.
знать
 основные законы, действующие внутри атомных ядер и на
субъядерном уровне;
 классификации фундаментальных взаимодействий, их механизм и
перспективы их объединения;
 взаимосвязь между закономерностями поведения элементарных частиц
и некоторыми важными особенностями устройства и эволюции нашей
Вселенной.
уметь
 применять законы классической, релятивистской и квантовой механики
для решения различных задач, связанных с атомным ядром и
субъядерными частицами;
 пользоваться обширным фактологическим и справочным материалом
для изучения и объяснения тех или иных свойств элементарных
частиц;
владеть
приемами и навыками анализа различных физических ситуаций в
микромире на базе изученных ранее разделов физики;
 общими для различных разделов физики методами решения задач с
учетом тех или иных свойств симметрии и вытекающих из последних
законов сохранения.

обладать следующими компетенциями: ОНК-3, ОКК-1, ПСК-1.
3.Объем дисциплины и виды учебной работы
Виды учебной работы
Общая трудоемкость
Аудиторные занятия (всего)
Лекции
Практические занятия (семинары)
Самостоятельные работы
Вид итогового контроля
Зачетные единицы
Всего часов
Семестр
100
48
34
14
52
10
Экзамен
2,5
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
1
2
3
4
Разделы дисциплины
Лекции
Методы исследования в ядерной
физике
Свойства атомных ядер
Ядерные превращения
Элементарные частицы
4
Практические
занятия
2
10
10
10
6
6
—
4.2. Содержание разделов дисциплины
1. Методы исследования в ядерной физике.
Масштабные уровни микромира. Типы фундаментальных взаимодействий и их
основные свойства.
Постановка опытов по рассеянию, классификация процессов рассеяния,
распады. Вероятности распадов, основной закон распадных процессов.
Источники и современные детекторы частиц. Установка со встречными
пучками
2. Свойства атомных ядер.
Состав ядра, его заряд и массовое число. Нуклон и понятие о формализме
изоспина.
Масса, энергия связи и идеальная энергия связи ядер. Спин.
Электромагнитные моменты ядер. Размеры ядер и методы их измерения.
Ядерные модели. Капельная модель. Полуэмпирическая формула для энергии
ядра. Модель ядерных оболочек, магические числа.
Ядерные силы и их основные свойства. Зарядовая независимость ядерных сил,
понятие об изоспиновой
инвариантности. Насыщение ядерных сил.
Проявление свойств ядерных сил в характеристиках дейтрона. Обменный
механизм ядерного взаимодействия, иионы и их свойства.
3. Ядерные превращения.
Радиоактивность, типы радиоактивных превращений. Механизмы альфараспада и бета-распада. Нейтрина, его свойства. Типы нейтрина, роль в
астрофизике и космологии. Механизм гамма-излучения ядер.
Ядерные реакции, их классификация. Прямые процессы и реакции через
составное ядро, резонансные процессы. Вынужденное и спонтанное деление
ядер. Деление тяжелых ядер под действием нейтронов, цепная реакция
деления.
Ядерные реакторы на тепловых и быстрых нейтронах, воспроизводство
ядерного горючего.
Реакции синтеза, условия их осуществления. Термоядерная энергия в природе.
Критерий Лоусона, проблема управляемого термоядерного синтеза,
практические разработки, перспективы.
4. Элементарные частицы.
Лептоны и адроны. Лептонные дублеты. Стабильные адроны и резонансы,
мезоны и барионы, изомультиплеты. Характеристики частиц (масса, спин,
четность, время жизни, электрический заряд, лептонный и барионный заряды,
изоспин и его проекция, странность, очарование).
Взаимопревращения частиц. Законы сохранения. Несохранения
пространственной четности в слабом взаимодействии.
Адроны как составные частицы. Кварки, их характеристики, аромат и цвет.
Кварковый состав мезонов и барионов. Проблема “иленения” кварков. Кварклептонная симметрия. Фундаментальные частицы – лептоны, кварки и
переносчики взаимодействий.
Обменный механизм фундаментальных взаимодействий. Электромагнитное
взаимодействие и фотон. Кварк-глюонная модель сильного взаимодействия.
Природа слабого взаимодействия, промежуточные бозоны. Понятие об единых
теориях (электрослабое взаимодействие, Великое объединение и возможная
нестабильность протона, роль гравитации на сверхмалых расстояниях).
Современная картина строения материи.
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Рекомендуемая литература
ОСНОВНАЯ
1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том V. Атомная и ядерная физика. –
М.: Наука, 2002.
2. Иродов И.Е. Сборник задач по квантовой физике. – М.: Наука, 2001.
3. Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. – М.: Наука, 2001.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. – М.: Наука, 1972.
2. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. – М.: Атомиздат, 1974.
3. Наумов А.И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. – М.:
Просвещение, 1983.
7. Методические рекомендации по организации учебной дисциплины
7.1. Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы
1. Классификация фундаментальных взаимодействий, их общие свойства.
2. Методы исследования в ядерной физике. Постановка опытов по
рассеянию.
3. Размеры ядер и методы их измерения.
4. Капельная модель ядра. Полуэмпирическая формула Вайцзеккера.
5. Оболочная модель ядра.
6. Ядерные силы, их основные свойства. Модель Юкавы.
7. Альфа-распад ядер как туннельный эффект.
8. Бета-превращения ядер. Энергия бета-электронов. Гипотеза нейтрино.
9. Три вида нейтрино. Лептонные числа. Роль нейтрино в астрофизике и
космологии.
10.Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления.
11.Ядерный реактор на тепловых нейтронах. Реактор на быстрых нейтронах.
12.Проблема УТС и основные трудности ее решения.
13.Классификация элементарных частиц. Кварк-лептонная симметрия.
14.Цвет кварков. Понятие о квантовой хромодинамике.
15.Единые теории элементарных частиц.
7.3. Перечень вопросов к экзамену
1. Классификация физических процессов по скоростям и масштабам.
2. Масса и энергия связи ядра. Зависимость удельной энергии связи от
массового числа.
3. Размеры ядер и методы их измерения.
4. Полуэмпирическая формула Вайцзеккера для энергии ядра.
5. Свойства ядерных сил. Модель Юкавы.
6. Радиоактивность. Радиоактивные ряды и трансурановые элементы.
7. Альфа-распад ядер, его закономерности. Роль туннелирования.
8. Бета-превращения. Гипотеза нейтрино.
9. Лептонные числа и типы нейтрино. Роль в астрофизике и космологии.
10.Деление тяжелых ядер. Анализ процесса деления с помощью формулы
Вайцзеккера.
11.Цепная реакция деления. Роль вторичных нейтронов. Коэффициент
размножения.
12.Управляемый термоядерный синтез.
13.Систематика элементарных частиц. Кварк-лептонная симметрия.
14.Понятие об единых теориях фундаментальных взаимодействий.