Die Inhalte der Kern- und Teilchenphysik sind:

• Kerne: Aufbau, Masse, Bindungsenergie

• Kernmodelle

• Kernzerfall und -spaltung, Kernkraftwerke

• Streuprozesse, Rutherford-Streuung, Formfaktoren

• Elektron-Nukleon-Streuung (elastisch, Resonanzanregung, tiefinelastisch)

• Elementare Fermionen, Dirac-Gleichung

• Wechselwirkungen, Feynmangraphen und -regeln, lokale Eichinvarianz

• Elektromagnetische Wechselwirkung in Experimenten

• Starke Wechselwirkung, QCD, laufende Kopplungskonstante, Confinement, Asymptotic freedom, Experimente zu starken WW, Hadron-Multipletts

• Schwache Wechselwirkung, Paritätsverletzung, Quark-Mischung und CKM-Matrix, CP-Verletzung, pi- und µ-Zerfall, e⁺e^- Streuung auf Z-Resonanz

• Neutrinophysik

• Standardmodell: Elektroschwache Vereinigung und Higgs-Mechanismus

Kleine Änderungen sind noch möglich.

Die Inhalte der Quantenfeldtheorie sind:

• Motivation der Quantenfeldtheorie

  • Von punktförmigen Teilchen zu Feldern

• Klasssische Feldtheorie

  • Kurzer Überblick über klassische Feldtheorie einschließlich der Lagrange- und Hamilton-Formulierung klassischer Feldtheorien in flacher Minkowski-Raumzeit

• Relativistisce Quantenmechanik

  • Allgemeine Diskussion, wie nicht-relativistische Quantenmachanik im Kontext der speziellen Relativitätstheoe formuliert werden kann und welche konzeptionellen Probleme entstehen, wenn man die Standard-Einteilcheninterpretation der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufrechterhalten will

• Darstellungstheorie der Lorentz- und Poincare-Gruppen

  • Endlichdimensionale Skalar-, Vektor-, Tensor- und Spinordarstellungen der Lorentz-Gruppe

  • Spinor-Rechnung

  • Unendlichdimensionale Darstellungen: Feld-Darstellungen

  • Endlich- und unendlich-dimensionale Darstellungen der Poincare-Gruppe

• Quantisierung freier Felder

  • Darstellung der Poincare-Gruppe auf einem 1-Teilchen Hilbertraum

  • Mehrteilchenzustände: Bosonischer und fermionischer Fock-Raum

  • Kanonische Quantisierung freier reeller und komplexer Skalarfelder

  • Kanonische Quantisierung von Spinorfeldern

  • Kanonische Quantisierung von Vektorfeldern: Maxwell- und Proca-Felder

  • Gupta-Bleuler Formalismus

  • Wightman-Axiome

• Quantisieruing welchselwirkender Feldtheorien

  • Wechselwirkungsbild

  • Dyson-Reihe und Störungsrechnung

  • S-Matrix

  • Feynman-Regeln im Orts- und Impulsraum für phi⁴-Theorie und QED

  • Wirkungsquerschnitte und Zerfallsraten

  • Gell-Mann-Low Formel

  • Higgs-Mechanismus

  • Renormierung
    

Title:

Integrated course 3: Quantum field theory, nuclear and particle physics

Credits: 16

Prerequisites

Participation restricted to members of the physics advanced study course or by individual permission

Contents

The integrated course 3 comprises a theory lecture on quantum field theory and a lecture on experimental nuclear and particle physics.

The lecture on nuclear and particle physics covers:

• Nuclei: Composition, mass, binding energy

• Nuclear models

• Nuclear decay, nuclear fission, nuclear power plants

• Scattering processes, Rutherfdors scattering, form factors

• Electron-nucleon scattering (elastic, resonance regime, deep-inelastic)

• Elementary fermions, Dirac equation

• Interactions, Feynman graphs and rules, local gauge invariance

• Electromagnetic intreraction in particle experiments

• Strong interaction, QCD, running coupling constant, confinement, asymptotic freedom, experimental investigation of strong interactions, hadron multiplets

• Weak interactions, parity violation, quark mmixing and CKM matrix, CP violation, pi and µ decay, e⁺e^- scattering on the Z resonance

• Neutrino physics

• The Standard Model: Electroweak unification and Higgs mechanism
  

(subject to smallish modifications).

The lecture on quantum field theory covers:

• Motivation for Quantum Field Theory

  • From point particles to fields

• Classical Field Theory

  • Brief review on classical field theory involving the Lagrangian and Hamiltonian formulation of classical field theories in flat Minkowski spacetime.

• Relativistic Quantum Mechanics

  • General discussion on how non-relativistic quantum mechanics can be formulated in a special relativistic context and what kind of conceptual problems arise if one wants to keep that standard one particle interpretation from non-relativistic quantum mechanics.

• Representation Theory of the Lorentz and Poincare Group

  • Finite dimensional scalar, vector, tensor and spinor representations of the Lorentz group

  • Spinor calculus

  • Infinite dimensional representation: Field representations

  • Finite and infinite dimensional representations of the Poincare group

• Quantization of Free Fields

  • Representation of the Poincare group on a 1-particle Hilbert space

  • Multiparticle states: Bosonic and fermionic Fock space

  • Canonical quantization of free real and complex scalar fields

  • Canonical quantization of spinor fields

  • Canonical quantiztion of vector fields: Maxwell and Proca fields

  • Gupta-Bleuler formalism

  • Wightman Axioms

• Quantization of interacting Field Theories

  • Interaction picture

  • Dyson series and perturbation theory

  • S-matrix

  • Feynman rules in position and momentum space for phi⁴-theory and QED

  • Cross sections and decay rates

  • Gell-Mann-Low formula

  • Higgs Mechanism

  • Renormalization
    

UE: Tutorial for lecture "Quantum Field Theory, Nuclear and Particle Physics

Dozentinnen/Dozenten: Prof. Dr. Kristina Giesel, Prof. Dr. Uli Katz
Zeit und Ort: Mi 13:00 - 18:00, TL 1.140; Fr 16:00 - 19:00, SR 02.729