Standard Model of Elementary Particles

Studiewijzer 2016/2017

Globale inhoud

The aims of this class in elementary particle physics are two-fold:

Firstly: To introduce students into the world of Feynman diagrams/calculus such that they can calculate themselves to lowest order relevant observables and notably cross sections and decay widths i.e. lifetimes. To provide students with a broad understanding of the important and sometimes revolutionary past achievements as well as to sketch the outstanding challenges.
After the introduction of the main observables in elementary particle physics such as cross sections and lifetimes, the Feynman calculus of these observables is introduced by means of an admittingly unrealistic “toy” theory. Subsequently the Dirac equation and thereby Quantum Electro Dynamics (QED) are introduced in detail. QED is the most successful relativistic field theory allowing to calculate several observables to an astonishing precision. Using QED, crucial processes such as electron-positron annihilation into a pair of muons (e+e-®m+m-) are calculated. Next the Weak interaction (Quantum Flavour Dynamics, QFD) is introduced with ample attention paid to the most mysterious particle known to date: the neutrino. Also the carriers of the Weak interaction, the W- and Z-boson, are discussed. Finally QED and QFD are put together to yield the Electro-Weak theory in which the Higgs mechanism and thereby the recently discovered Higgs boson plays a crucial role.

Secondly: Throughout connections with experiment and experimental techniques are elucidated upon and the remaining outstanding challenges are identified.

Another pillar of elementary particle physics theory, the theory of strong interactions or Quantum Chromo Dynamics (QCD) will not be explained in the same detail as QED and QCD.

Studiemateriaal

Literatuur

• Recommended: M. Thomson, 'Modern Particle Physics', Cambridge University Press, 2013.

Leerdoelen

• fluent in relativistic kinematics (boosts, invariant masses, Mandelstam variables, etc.)
• knows concepts such as a particles lifetime/decay-width as well as scattering cross section. And associated and important ingredients as phase-space and flux factors
• basis understanding o fthe Klein-Gordon equation
• good understanding of the Dirac equation, spinors, helicity
• core of the course: calculation of amplitudes using Feynman rules of various Quantum ElectroDynamics (QED) processes
• features of the weak interaction: parity violation
• knowledge of the W- and Z-bosons and the role they play in various scattering processes
• appreciation of the role of the Higgs particle
• have some idea of the major outstanding features in particle physics! 

Understanding and calculational experience of most relevant processes studied and to be studied in elementary particle physics as well as a general knowledge of the important and occasionally game changing past (and hopefully future) elementary particle physics experiments.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege
• Zelfstudie

Core: lectures and (essential) exercise sessions (time-wise: 50:50)

Verdeling leeractiviteiten

Academische vaardigheden

no idea, but:

creativity i.e. being able to think outside the box

calculational experience i.e. being able to perform a complete calculation and being able to confront an experimental result (measurement) with atheoretical calculation.

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het examenonderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een examenonderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het examenonderdeel of een gedeelte daarvan.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht.
  

Aanvullende eisen voor dit vak:

Aanvullende eisen voor dit vak:

To be honest: I think th ebest way to pass this course is to attend the lectures, to actively participate in the exercise sessions and (most important) to hand-in the homework assignments. And equally important: to read (=study) the relevant chapters/sections in Tompson's book. Do not get fooled: the only way to really master this subject is to make many exercises. That way you will experience the difficulties hand-on ...

Toetsing

Bonus points: handing in worked-out solutions of the assigned problem (1 week before) on these dates:
-Tuesday 21 February
-Tuesday 28 February
-Tuesday 7 March
-Tuesday 14 March
-Tuesday 21 March
Average of best four is taken as ‘BP’
Exam: Friday 31 March gives ‘EX’ & must be at least 5.5
Final score: max(EX, 0.2BP+0.8EX) rounded to nearest (½) integer

Inzage toetsing

Om een inzagemoment aan te vragen, kun je contact opnemen met je begeleider.

Opdrachten

5 homework assignments

Onderstaande opdrachten komen aan bod in deze cursus:

•    Naam opdracht 1 : beschrijving 2
•    Naam opdracht 2 : beschrijving 1
•    ....

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene ‘Fraude- en plagiaatregeling’ van de UvA. Onder plagiaat of fraude wordt verstaan het overschrijven van het werk van een medestudent dan wel het kopiëren van wetenschappelijke bronnen (uit bijvoorbeeld boeken en tijdschriften en van het Internet) zonder daarbij de bron te vermelden. Uiteraard is plagiaat verboden. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd en streng tegen opgetreden. Bij verdenking van plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Wanneer de examencommissie overtuigd is dat er plagiaat gepleegd is dan kan dit maximaal leiden tot een uitsluiting van al het onderwijs van de opleiding voor een heel kalenderjaar. Zie voor meer informatie over het fraude- en plagiaatreglement van de Universiteit van Amsterdam.www.uva.nl/plagiaat

Weekplanning

Aanvullende informatie

Recommended prior knowledge: Bachelor courses in special relativity, classical electromagnetism and quantum mechanics.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. F.L. Linde