Теорія та експерименти ядерної астрофізики

Мета вивчення дисципліни:
Навчальна дисципліна «Теорія та експерименти ядерної астрофізики» має на меті познайомити здобувачів з деякими проблемами еволюції Всесвіту, нуклеосинтезу і космохронології з точки зору фізики ядра та елементарних частинок, провести порівняння процесів, які мають місце у Всесвіті, з механізмами утворення і розпаду ядер, а також їх взаємодії при високих енергіях, навести приклади внеску ядерної фізики в розробку астрофізичних і космологічних теорій: модель розширного Всесвіту, еволюції зірок і розповсюдженості елементів, а також властивостей різних зірок і космічних об’єктів: нейтронних зірок, чорних дірок, білих карликів, пульсарів тощо. 

Практичне значення та використання отриманих знань:
Надання знань з ядерної фізики Всесвіту, вивчення основних досягнень і напрямків досліджень в ядерній астрофізиці, побудова феноменологічних моделей фізики частинок в астрофізиці та космології, дослідження їх для отримання нових висновків та поглиблення розуміння Всесвіту.
Спрямованість навчальної дисципліни: навчальну дисципліну рекомендовано для вивчення здобувачами третього навчально-наукового рівня вищої освіти, які навчаються за освітньою програмою: «Фізика ядра, елементарних частинок та високих енергій».

Тематика та види навчальних занять

Для очної (денної), заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Великий вибух, кварк-глюонна плазма і походження елементів».
Лекція 2. «Вивчення ядерних реакцій зірок в лабораторії».
Лекція 3. «Проблема сонячного нейтрино».
Лекція 4. «Механізм народження наднової зірки».
Лекція 5. «Фізика нейтронних зірок».
Лекція 6. «Фізика білих карликів».
Лекція 7. «Варіації фундаментальних констант і зоряної еволюції».
Лекція 8. «Ядерна астрофізика і властивості частинок темної матерії».
Лекція 9. «Невирішені проблеми стандартної моделі фізики елементарних частинок».
Лекція 10. «Механізм і пряме вимірювання аксіонів».
Лекція 11. «Механізм і непряме вимірювання стерильних нейтрино».
Лекція 12. «Механізм генерації і вимірювання WIMPs (слабковзаємодійних масивних частинок)».
Лекція 13. «Формування і спільна еволюція Галактики та її центральної чорної діри».
Лекція 14. ««Зважування» невидимої матерії в центрі галактики Чумацького Шляху».
Лекція 15. «Центр Галактики як лабораторія для активних галактичних ядер».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Методи визначення енергетичних спектрів реакторних антинейтрино».
Мета заняття: оволодіти методами побудови енергетичних спектрів реакторних антинейтрино. Навчитися розраховувати перерізи реакції взаємодії антинейтрино з протоном.
Практичне заняття №2. «Практичні методи отримання β-спектрів. Проблеми експериментального вимірювання β-спектра суміші продуктів поділу».
Мета заняття: провести самостійно розрахунок схеми β-розпаду метастабільного стану ядра 91234Pa.
Практичне заняття №3. «Спектр геоантинейтрино і повільне ядерне горіння на межі рідкої і твердої фаз ядра Землі».
Мета заняття: оволодіти методом визначення спектру геоантинейтрино. Провести розрахунок антинейтринного спектру Землі і порівняти з експериментом.
Практичне заняття №4. «Внесок геореакторних антинейтрино в антинейтринний спектр Землі».
Мета заняття: розрахувати рівноважні антинейтринні спектри суміші продуктів поділу різних актиноїдів.
Практичне заняття №5. «Осциляції сонячних нейтрино».
Мета заняття: оволодіти феноменологією осциляцій нейтрино у вакуумі і в речовині. Освоїти метод розрахунку спектру сонячних нейтрино.
Практичне заняття №6. «Три покоління майоранівських нейтрино. Проблема оцінки електронного магнітного моменту антинейтрино».
Мета заняття: провести розрахунки часових варіацій сонячних плям і потоку майоранівських антинейтрино, антикореляція яких має збігатися з відомим експериментом.
Практичне заняття №7. «Механізм аксіонів».
Мета заняття: набуття знань про характеристики аксіона: константа зв'язку аксіона до фотона, поперечне магнітне поле і довжина поперечного магнітного поля.
Практичне заняття №8. «Конвертація фотон-аксіонів і випадок максимального перемішування. Аксіонно-фотонні коливання в скручених магнітних трубках на Сонці».
Мета заняття: провести розрахунок довжини осциляції фотон-аксіонів, припускаючи чисто поперечне поле. Розрахунок оцінки сонячних параметрів коливань аксіонів-фотонів на основі адронного аксіонно-фотонного зв'язку в магнітних білих карликах. Розрахунок гіпотетичного утворення аксіонів до і після інфляції.
Практичне заняття №9. «Білі карлики».
Мета заняття: розрахунок оцінки адронного аксіон-фотонного зв'язку в магнітних білих карликах. Поглиблення знань про суть сучасних спостережень та їх відповідної теоретичної інтерпретації.
Практичне заняття №10. «Зіткнення темної матерії з живими організмами».
Мета заняття: розрахувати річну дозу опромінення людини WIMPs, порівняти її з дозами від інших природних джерел (включаючи радон і космічні промені) і оцінити загрозу або безпеку WIMPs для людини.
Практичне заняття №11. «Щільні грудки холодної темної матерії і біологічні вимирання. Дзеркальна темна матерія як загроза виникнення раку».
Мета заняття: показати, що перехід щільних грудок холодної темної матерії (наприклад, WIMPs) через сонячну систему викликає істотне ушкодження усіх живих тканин і  розрахункова частота цих перетинів збігається з явною періодичністю палеонтологічного літопису біологічних вимирань. У рамках дзеркальної моделі темної матерії розглянути потенційно небезпечні для здоров'я об'єкти (наприклад, дзеркальні мікрометеорити).
Практичне заняття №12. «Нуклеосинтез у сучасну епоху».
Мета заняття: вивчити спектр γ-квантів, виміряний в діапазоні енергій 1760-1824 кеВ від екваторіальної площини Галактики за даними Астрофізичної обсерваторії високих енергій НЕАО-3. Проаналізувати рентгенівський спектр наднової Корма А в інтервалі енергії від 0,5 до 1,1 кеВ.
Практичне заняття №13. «Спостереження залишків наднових в оптичному діапазоні. Виявлення в спектрах зірок ліній технецію (Z=43). Вміст міжзоряного вуглецю і кисню».
Мета заняття: вивчити оптичну інформацію для декількох швидкорухомих вузлів в залишку найновішої Касіопея Ф та оцінити відношення розповсюдженості елементів групи кремнію до кисню. Розрахувати вміст технецію, що утворюється в зірці, в спектрі якої він спостерігається. Розглянути гіпотезу можливого вибуху прилеглої наднової зірки, який викинув в Сонячну систему велику кількість вуглецю і кисню.
Практичне заняття №14. «Вихід енергії з чорної діри».
Мета заняття: розрахунок поширення фотонів всередині чорної діри в метриці Шварцшильда.
Практичне заняття №15. «Походження космічних гамма-променів високих енергій».
Мета заняття: дослідити механізми утворення космічних гамма-променів високих енергій та їхнє поширення у Всесвіті. Ознайомитись із джерелами гамма-випромінювання, такими як активні ядра галактик, гамма-сплески, пульсари та релятивістські струмені. Навчитись аналізувати спектральні характеристики та енергетичні розподіли гамма-променів, а також розглянути методи їхнього виявлення за допомогою сучасних наземних і космічних телескопів.

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно з встановленим розкладом.

 Індивідуальна робота

Не передбачена.

 Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для очної (денної), заочної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у контрольних опитуваннях на практичних заняттях (оцінюється максимум у 40 балів), практичні завдання № 1-10 оцінюються максимально у 3 бали кожне, а завдання № 11-15 оцінюються у 2 бали кожне. Також поточний контроль полягає у виконанні двох модульних контрольних робіт (кожна оцінюється в 30 балів). Модульна контрольна робота складається з теоретичних питань (2 запитання) та практич-них завдань (1 завдання). Відповідь на кожне питання оцінюється максимум 10 балами.
Підсумковим контролем з дисципліни є залік, оцінка за який виставляється за підсумком модульних контрольних робіт та виконання практичних завдань. Таким чином,  максимальна оцінка за залік складає 100 балів. Максимальна  оцінка, яка дозволяє отримати «зараховано» - 60 балів.