Фізика ядра та елементарних частинок

Мета вивчення дисципліни − формування знань з фізики ядра та елементарних частинок, які є базовими для підготовки фахівців першого (бакалаврського) рівня для спеціальності 104 – Фізика і астрономія та для подальшого навчання, наприклад, для вивчення фізики ядерних реакторів, які мають значення для розуміння процесів, що відбуваються в активній зоні реактору та визначають конструктивні рішення по забезпеченню надійної та безпечної роботи реакторів. Метою курсу є також формування та розвиток теоретичних знань в галузі квантової механіки, квантових полей, теорії груп та практичних розрахунків, що базуються на сучасних моделях і методах.
Для досягнення цієї мети потрібно вирішити такі завдання:
студенти повинні опанувати знання про основні експериментальні данні на яких базується фізика ядра та елементарних частинок;
студенти повинні закріпити та розвинути знання з квантової механіки, що до фізики частинок та їх систем, на прикладі фізики ядра;
студенти повинні сформувати розуміння того, яким чином пов’язані симетрії замкнутої фізичної системи та закони збереження;
студенти повинні опанувати знання з апарату теорії груп, що використовуються у фізиці елементарних частинок; 
студенти повинні сформувати розуміння необхідності застосування теорії кантових полів в фізиці елементарних частинок.
 
Основні результати навчання
ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР04. Вміти застосовувати базові математичні знання, які використовуються у фізиці та астрономії: з аналітичної геометрії, лінійної алгебри, математичного аналізу, диференціальних та інтегральних рівнянь, теорії ймовірностей та математичної статистики, теорії груп, методів математичної фізики, теорії функцій комплексної змінної, математичного моделювання.
ПР24. Розуміти місце фізики та астрономії у загальній системі знань про природу і суспільство та у розвитку суспільства, техніки і технологій.
ПР26. Вміти  будувати теоретичні моделі ядерно-фізичних явищ і процесів для розв’язання фундаментальних і прикладних  задач фізики ядра та високих енергій.

  
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Модульні контролі, екзамен, лекції, практичні заняття
 
 
Тематика та види навчальних занять
1 тиждень
Лекція № 1. Рівні структуризації матерії. Сучасні прискорювачі. Поняття елементарної частинки. Класифікація елементарних частинок.
Лекція № 2. Склад ядер та властивості нуклонів. Характеристики атомного ядра.
Практичне заняття № 1. Одиниці вимірювання та релятивіська кінематика частинок.

2 тиждень
Лекція № 3. Рух частинки у сферично-симетричному полі (дискретний спектр).
Практичне заняття № 2. Закони збереження при ядерних реакціях. Екзотермічні ядерні реакції. Порігова енергія екзотермічних ядерних реакцій.
Лабораторне заняття №1. Імпульсна газова камера.

3 тиждень
Лекція № 4. Математичний апарат теорії моменту кількості руху.
Лекція № 5. Властивості атомного ядра.
Практичне заняття № 3. Закони збереження при ядерних реакціях. Екзотермічні ядерні реакції. Порігова енергія екзотермічних ядерних реакцій.

4 тиждень
Лекція № 6. Експериментальне вимірювання розмірів атомних ядер.
Практичне заняття № 4. Пружні та не пружні ядерні взаємодії. Реакція поділу ядер. Поріг реакцій поділу для різних ізотопів. Канали реакції. Енергія реакції поділу.
Лабораторне заняття №2. Газонаповнений пропорційний детектор нейтронів.

5 тиждень
Лекція № 7. Симетричні та антисиметричні стани. Обмінний оператор. Принцип Паулі.
Лекція №8. Обмінна взаємодія та обмінний характер ядерної взаємодії.
Практичне заняття № 5. Пружні та не пружні ядерні взаємодії. Реакція поділу ядер. Поріг реакцій поділу для різних ізотопів. Канали реакції. Енергія реакції поділу.

6 тиждень
Лекція №9. Фундаментальні взаємодії.
Практичне заняття № 6. Пружні ядерні взаємодії.
Лабораторне заняття №3. Лічильник Гейгера-Мюлера.

7 тиждень
Лекція №10. Систематика частинок.
Лекція №11. Поняття симетрії та елементи теорії груп.
Практичне заняття №7. Пружні ядерні взаємодії.

8 тиждень
Лекція №12. Елементи теорії груп.
Практичне заняття №8. Не пружні ядерні взаємодії.
Лабораторне заняття №4. Лічильник Гейгера-Мюлера.

9 тиждень
Лекція №13. Елементи теорії груп.
Лекція №14. Калібрувальні симетрії та закони збереження.
Практичне заняття № 9. Не пружні ядерні взаємодії. 

10 тиждень
Лекція №15. Калібрувальні симетрії та закони збереження.
Практичне заняття № 10. Узагальнення квантово-механічного апарату опису руху у центрально-симетричному полі.
Лабораторне заняття №5. Поверхнево-бар'єрний напівпровідниковий іонізаційний детектор. 

11 тиждень
Лекція №16. Супермультіплети найлегших баріонів та мезонів.
Лекція №17. Кварки та кваркова структура найлегших баріонів та мезонів.
Практичне заняття № 11. Узагальнення квантово-механічного апарату опису руху у центрально-симетричному полі.

12 тиждень
Лекція №18. Кваркова діаграмна нуклон-нуклонної взаємодії. 
Практичне заняття №12. Математичний апарат теорії моменту кількості руху.
Лабораторне заняття №6. Поверхнево-бар'єрний напівпровідниковий іонізаційний детектор. 

13 тиждень
Лекція №19. Елементи квантової хромодинаміки.
Лекція №20. Елементи квантової хромодинаміки (продовження).
Практичне заняття №13. Математичний апарат теорії моменту кількості руху.

14 тиждень
Лекція №21. Елементи квантової хромодинаміки (продовження).
Практичне заняття №14. Математичний апарат теорії моменту кількості руху.
Лабораторне заняття №7. Дослідження характеристик сцинтиляційного детектору. 

15 тиждень
Лекція №22. Важки кварки c, b, t.
Практичне заняття №15. Математичний апарат теорії моменту кількості руху.
Лабораторне заняття №8. Дослідження характеристик сцинтиляційного детектору. 
 
Індивідуальна робота
 
Індивідуальна робота здобувача вищої освіти у дисципліні передбачає виконання розрахунково-графічної роботи в обсязі 15 годин.
Передбачені різні теми РГР з різними методами рішень і особистими варіантами для кожного здобувача вищої освіти.
Мета розрахунково-графічної роботи – набуття загальних та спеціальних компетентностей майбутніх бакалаврів, поглиблення теоретичних знань і практичних вмінь. 
Задачі розрахунково-графічної роботи: вдосконалення здобувачами теоретичних знань та навичок роботи з програмним забезпеченням, методів програмування та проведення комп’ютерних розрахунків, а також проведення порівняльного аналізу розрахункових і експериментальних результатів.
В результаті виконання курсової роботи здобувач вищої освіти одержує додаткові теоретичні та практичні навички в використанні методів із фізики ядра та елементарних частинок.
Досягнення поставленої мети контролюється викладачем за встановленим графіком роботи кожного здобувача вищої освіти.
При виконанні РГР здобувач вищої освіти підтверджує ПРН5.(У/Н) Аргументувати вибір теоретичної моделі, програмних та технічних засобів для отримання результатів комп’ютерних розрахунків за темою РГР, а також ПРН12.(ВА) Здатність до самонавчання та продовження професійного розвитку.

Графік виконання РГР.

Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 135 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 45 годин;
2) підготовка до практичних занять –  30 годин; 
3) підготовка до лабораторних занять — 30 годин;
4) підготовка до іспиту — 30 годин.
 
 
Процедура оцінювання
 
На протязі семестру проводяться 4 письмові опитування з лекційного курсу (по 2 в кожному семестровому модулі), кожне з яких оцінюється в 2 бали. Також проводиться 10 усно – письмових опитувань з матеріалу практичних занять (по 5 в кожному семестровому модулі). Кожне із них оцінюється в 2 балів. Ще в 20 балів оцінюється робота студентів на практичних заняттях. Також в семестрі проводяться дві модульні контрольні роботи, які оцінюються в 30 балів кожна.
Білет з модульної контрольної роботи містить два питання з лекційного курсу (10 бали кожне) і два питання за матеріалом практичних занять, які оцінюються в 5 балів кожне. 
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
Здобувач вищої освіти допускається до підсумкового контролю, якщо протягом семестру його робота оцінюється в 60 та більше балів.
 
 
Політика освітнього процесу
 
Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності.
 
Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».
 
Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.
 
Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.