Podstawy fizyki jądrowej i cząstek elementarnych 390-FS2-2PFJ

Profil studiów: ogólnoakademicki
Forma studiów: stacjonarne
Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy, moduł "Fizyka doświadczalna"
Dziedzina i dyscyplina nauki: Nauki fizyczne, fizyka
Rok studiów/semestr: 2 rok/3 semestr, studia II stopnia (fizyka doświadczalna)
Wymagania wstępne: Zaliczony na I stopniu przedmiot Budowa materii oraz znajomość podstaw mechaniki kwantowe
Liczba godzin zajęć dydaktycznych: Wykład 30 godz., laboratorium 30 godz.
Metody dydaktyczne: Wykład w formie prezentacji multimedialnej, w miarę możliwości wzbogacony o pokaz doświadczeń związanych z tematyką zajęć (notatki z wykładu dostępne są na stronie e-learningowej);laboratorium: samodzielne wykonanie 4 ćwiczeń ściśle związanych z tematyka wykładu, opracowanie wyników ćwiczeń i przygotowanie końcowego opisu jako praca własna.
Punkty ECTS: 7
Bilans nakładu pracy studenta: Udział w wykładach (30 godz.), udział w zajęciach laboratoryjnych (30 godz.), udział w konsultacjach (3 godz.), szkolenie BHP - 1 godz., praca własna (przygotowanie się do zajęć laboratoryjnych oraz opracowywanie opisów do ćwiczeń laboratoryjnych w domu - (2+1)*30=90 godz.), przygotowywanie się do egzaminu pisemnego i udział w egzaminie - 15 godz. W sumie - 169 godz.
Wskaźniki ilościowe: Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 61 godz. - 3,6 punktów ECTS, nakład pracy związany z zajęciami praktycznymi, laboratorium) - 30 godz. (można przyjąć proporcjonalny udział tych zajęć w sumarycznych punktach ECTS, czyli 30/169*7=ok. 1 ECTS)

Tematy podejmowane na Wykładzie:
1. Przypomnienie podstawowych pojęć z dziedziny fizyki jądrowej (nazewnictwo).
2. Przekrój czynny (liniowy i masowy współczynnik absorpcji).
3. Własności jąder atomowych i metody ich badania (ładunek jąder atomowych, rozmiary i kształt jąder atomowych, masa i energia wiązania jąder atomowych, deficyt masy, zależność energii wiązania od liczby masowej, liczby magiczne). Spin i moment magnetyczny jąder atomowych, parzystość jąder atomowych, statystyka jąder atomowych: Fermiego-Diraca, Bosego-Einsteina.
4. Modele struktury jądra atomowego (model gazu Fermiego, model kroplowy, model powłokowy, modele kolektywne, model optyczny).
5. Przemiany promieniotwórcze i prawa nimi rządzące (spontaniczne przemiany promieniotwórcze alfa, beta, gamma i ich charakterystyki, rodziny promieniotwórcze, ścieżka stabilności. Przypomnienie prawa rozpadu promieniotwórczego i podstawowych charakterystyk rozpadu, zastosowanie rozpadu promieniotwórczego.
6. Reakcje jądrowe (podział reakcji, zasady zachowania, reakcje wprost i poprzez jądro złożone, reakcje rezonansowe). Reakcje rozszczepienia, reakcje łańcuchowe, masa krytyczna.
7. Metody eksperymentalne fizyki wysokich energii i przykłady odkryć nowych cząstek.
9. Przegląd cząstek elementarnych („stare” i nowe liczby kwantowe, ogólny podział cząstek elementarnych). Elementy Modelu Standardowego. Leptony i kwarki.

Tematy podejmowane na Laboratorium:
- Prawo rozpadu promieniotwórczego.
- Zależność natężenia promieniowania gamma w funkcji odległości od źródła promieniotwórczego,
- Prawo absorpcji promieniowania.
- Fluorescencja rentgenowska

Profil studiów: ogólnoakademicki
Forma studiów: stacjonarne
Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy, moduł "Fizyka doświadczalna"
Dziedzina i dyscyplina nauki: Nauki fizyczne, fizyka
Rok studiów/semestr: 2 rok/3 semestr, studia II stopnia (fizyka doświadczalna)
Wymagania wstępne: Zaliczony na I stopniu przedmiot Budowa materii oraz znajomość podstaw mechaniki kwantowe
Liczba godzin zajęć dydaktycznych: Wykład 30 godz., laboratorium 30 godz.
Metody dydaktyczne: Wykład w formie prezentacji multimedialnej, w miarę możliwości wzbogacony o pokaz doświadczeń związanych z tematyką zajęć (notatki z wykładu dostępne są na stronie e-learningowej);laboratorium: samodzielne wykonanie 4 ćwiczeń ściśle związanych z tematyka wykładu, opracowanie wyników ćwiczeń i przygotowanie końcowego opisu jako praca własna.
Punkty ECTS: 7
Bilans nakładu pracy studenta: Udział w wykładach (30 godz.), udział w zajęciach laboratoryjnych (30 godz.), udział w konsultacjach (3 godz.), szkolenie BHP - 1 godz., praca własna (przygotowanie się do zajęć laboratoryjnych oraz opracowywanie opisów do ćwiczeń laboratoryjnych w domu - (2+1)*30=90 godz.), przygotowywanie się do egzaminu pisemnego i udział w egzaminie - 15 godz. W sumie - 169 godz.
Wskaźniki ilościowe: Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 61 godz. - 3,6 punktów ECTS, nakład pracy związany z zajęciami praktycznymi, laboratorium) - 30 godz. (można przyjąć proporcjonalny udział tych zajęć w sumarycznych punktach ECTS, czyli 30/169*7=ok. 1 ECTS)

Tematy podejmowane na Wykładzie:
1. Przypomnienie podstawowych pojęć z dziedziny fizyki jądrowej (nazewnictwo).
2. Przekrój czynny (liniowy i masowy współczynnik absorpcji).
3. Własności jąder atomowych i metody ich badania (ładunek jąder atomowych, rozmiary i kształt jąder atomowych, masa i energia wiązania jąder atomowych, deficyt masy, zależność energii wiązania od liczby masowej, liczby magiczne). Spin i moment magnetyczny jąder atomowych, parzystość jąder atomowych, statystyka jąder atomowych: Fermiego-Diraca, Bosego-Einsteina.
4. Modele struktury jądra atomowego (model gazu Fermiego, model kroplowy, model powłokowy, modele kolektywne, model optyczny).
5. Przemiany promieniotwórcze i prawa nimi rządzące (spontaniczne przemiany promieniotwórcze alfa, beta, gamma i ich charakterystyki, rodziny promieniotwórcze, ścieżka stabilności. Przypomnienie prawa rozpadu promieniotwórczego i podstawowych charakterystyk rozpadu, zastosowanie rozpadu promieniotwórczego.
6. Reakcje jądrowe (podział reakcji, zasady zachowania, reakcje wprost i poprzez jądro złożone, reakcje rezonansowe). Reakcje rozszczepienia, reakcje łańcuchowe, masa krytyczna.
7. Metody eksperymentalne fizyki wysokich energii i przykłady odkryć nowych cząstek.
9. Przegląd cząstek elementarnych („stare” i nowe liczby kwantowe, ogólny podział cząstek elementarnych). Elementy Modelu Standardowego. Leptony i kwarki.

Tematy podejmowane na Laboratorium:
- Prawo rozpadu promieniotwórczego.
- Zależność natężenia promieniowania gamma w funkcji odległości od źródła promieniotwórczego,
- Prawo absorpcji promieniowania.
- Fluorescencja rentgenowska

1. E.Żukowski, Miniskrypt do wykładu
2. E.Skrzypczak, Z.Szefliński „Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych”, PWN, Warszawa 2002.
3. A.Strzałkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego”, PWN, 1978.
4. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, „Podstawy fizyki”, Tom 5, PWN, Warszawa 2003
5. A.Bettini, „Introduction to Elementary Particle Physics”, Cambridge University Press 2008

1. E.Żukowski, Miniskrypt do wykładu
2. E.Skrzypczak, Z.Szefliński „Wstęp do fizyki jądra atomowego i cząstek elementarnych”, PWN, Warszawa 2002.
3. A.Strzałkowski, „Wstęp do fizyki jądra atomowego”, PWN, 1978.
4. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, „Podstawy fizyki”, Tom 5, PWN, Warszawa 2003
5. A.Bettini, „Introduction to Elementary Particle Physics”, Cambridge University Press 2008