Фізика високих енергій

Мета вивчення дисципліни:
Навчальна дисципліна «Фізика високих енергій» має на меті сформувати у здобувачів знання, вміння і навички, щодо застосування теоретичного матеріалу, отриманого з попередніх курсів до опису основних експериментальних фактів, накопичених за декілька останніх десятиліть і, зокрема, сучасних експериментів на великому адронному колайдері. Ще однією метою дисципліни є формування навичок роботи із релятивістськими квантовими теоріями, а також навичок виявлення і застосування симетричних властивостей динамічних систем до опису вказаних експериментальних фактів. Також метою є підготовка здобувачів до роботи з оригінальною науковою літературою і подальшого проведення самостійних досліджень в області фізики високих енергій.

Практичне значення та використання отриманих знань:
Розуміння основних експериментальних фактів і фізичних процесів, які відбуваються між частинками, розігнаними до високих енергій та освоєння основних методів описання процесів при високих енергіях. Побудова різних фейнманівських діаграм та аналітичних виразів по них та розуміння їх фізичного змісту. Надання здобувачам вступу до сучасних методів фізики високих енергій, таким як континуальні інтеграли і Монте-Карло генератори.
 Тематика та види навчальних занять

Для очної (денної) форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Системи відліку і перетворення координат. Часткове перетворення Лоренца».
Лекція 2. «Оберти системи відліку. Загальне перетворення Лоренца і наслідки з перетворень Лоренца».
Лекція 3. «Простір-час і простір Мінковського. Метричний тензор».
Лекція 4. «Функція Лагранжа вільної релятивістської частинки».
Лекція 5. «Система одиниць фізики високих енергій. Умова масової поверхні, реальні та віртуальні частинки».
Лекція 6. «Експериментальні характеристики процесів із частинками високих енергій».
Лекція 7. «Опис стану релятивістської квантової системи».
Лекція 8. «Теоретичні характеристики процесів із частинками високих енергій».
Лекція 9. «Умова унітарності».
Лекція 10. «Походження діаграм Р.Фейнмана».
Лекція 11. «Різні типи діаграм Р.Фейнмана і відповідні їм процеси».
Лекція 12. «Континуальні інтеграли».
Лекція 13. «Континуальні інтеграли і діаграми Р.Фейнмана».
Лекція 14. «Розбіжності діаграм Р.Фейнмана».
Лекція 15. «Проблеми опису калібрувальних полів».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Перетворення координат точки на площині при оберті вісів і перетворення Лоренца. Знаходження явного виду часткового перетворення Лоренца».
Мета заняття: власноручне проведення здобувачами розрахунків, результати яких далі використовуватимуться в лекційному курсі. Підготовка до сприйняття лекційного матеріалу. Закріплення навичок роботи з перетвореннями координат.
Практичне заняття №2. «Розрахунок матриці оберту через кути Ейлера. Розрахунок матриці оберту для подальшого знаходження виду загального перетворення Лоренца».
Мета заняття: власноручне проведення здобувачами громіздких перетворень з метою отримання результатів, що використовуватимуться далі як в лекційному курсі, так і на практичних заняттях. Набуття навичок роботи з кутами Ейлера як з параметрами довільного оберту. Розуміння здобувачами причин за якими при описі обертів зручно використовувати кути Ейлера та логіку їх визначення. Закріплення навичок роботи з матрицями. 
Практичне заняття №3. «Розрахунок похідної від часу для однієї системи відліку по часу для іншої уздовж певної траєкторії руху. Застосування побудови Лоренц-інваріанта для спрощення розрахунку похідної».
Мета заняття: власноручний розрахунок здобувачами громіздкої похідної. Набуття навичок побудови і застосування Лоренц-інваріантів. Підготовка до засвоєння лекційного матеріалу. Закріплення навичок роботи з інтегралами і виконання замін змінних.
Практичне заняття №4. «Доведення теореми Е.Нетер для випадку релятивістської динаміки частинки. Вивчення зв’язку між симетріями і законами збереження в релятивістській теорії. Розрахунок генераторів групи Пуанкаре за допомогою перетворення скалярної функції».
Мета заняття: власноручне проведення здобувачами громіздких розрахунків, пов’язаних з доведенням найважливішої для фізики високих енергій теореми. Поглиблення знань здобувачів про симетрії, їх прояви, властивості і можливості використання. Підготовка до подальшого сприйняття здобувачами лекційного матеріалу, як з курсу «Фізика високих енергій», так і інших курсів, зокрема курсу «Квантова теорія поля».
Практичне заняття №5. «Чотиривектор енергії-імпульсу вільної релятивістської частинки. Знаходження явних виразів для енергії і компонент імпульсу вільної релятивістської частинки».
Мета заняття: застосування результатів, отриманих на попередньому занятті. Поглиблення знань здобувачів про зв’язок симетрій із фізичними величинами і можливостей застосування симетрій для спрощення розв’язку фізичних задач. Власноручне знаходження здобувачами закону перетворення сукупності чотирьох величин – енергії і трьох компонент імпульсу. Закріплення навичок роботи із чотиривекторами. Закріплення навичок роботи в межах лагранжевого формалізму. Власноручне отримання здобувачами умови масової поверхні.
Практичне заняття №6. «Вивчення властивостей чотиривекторів енергії-імпульсу віртуальних частинок на прикладі найпростіших діаграм Р.Фейнмана. Розгляд фізичної ситуації для різних знаків віртуальностей на діаграмах Р.Фейнмана».
Мета заняття: набуття здобувачами навичок роботи з діаграмами Р.Фейнмана для опису процесів розсіяння частинок при високих енергіях. Вивчення поняття про віртуальність частинки. Вивчення фізичного сенсу додатних та від’ємних віртуальностей. Порівняння властивостей чотириімпульсів реальних та віртуальних частинок. Вивчення різних механізмів пружного розсіяння і їх співвідношення при високих енергіях. Підготовка до засвоєння матеріалу в подальших курсах. 
Практичне заняття №7. «Знаходження аналітичних виразів для діаграм Р.Фейнмана. Запис аналітичних виразів по заданих викладачем діаграмах».
Мета заняття: набуття навичок застосування методів роботи з діаграмами Р.Фейнмана. Вивчення різних типів діаграм і проблем їх розрахунків.

Консультації здійснюються впродовж семестрів згідно з встановленим розкладом.

 Індивідуальна робота

Не передбачена.

 Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для очної (денної) форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у контрольних опитуваннях на практичних заняттях (оцінюється максимум у 40 балів), практичні завдання № 1-2 оцінюються максимально у 12 балів, завдання № 3-5 у 18 балів, а завдання № 6-7 оцінюються у 10 балів. Також поточ-ний контроль полягає у виконанні двох модульних контрольних робіт (кожна оцінюється в 30 балів). Модульна контрольна робота виконується у письмовій формі та складається з 2 частин:
1) відповіді на питання,  що охоплює одну з тем лекційного курсу (15 балів)
2) розв’язку задачі з курсу практичних занять (15 балів).

Підсумковий контроль – залік, який виставляється за результатами двох модульних контрольних робіт.