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Academic Year/course: 2021/22

628 - Master's Degree in Physics of the Universe: Cosmology, Astrophyisics, Particles and Astroparticles

68359 - Theory and phenomenology of the Standard Model of particle physics


Syllabus Information

Academic Year:
2021/22
Subject:
68359 - Theory and phenomenology of the Standard Model of particle physics
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
628 - Master's Degree in Physics of the Universe: Cosmology, Astrophyisics, Particles and Astroparticles
ECTS:
6.0
Year:
01
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The current development of our understanding of the Universe is at present in a golden age given the experimental results of the Large Hadron Collider (LHC); the world's largest and highest-energy particle accelerator, as well as the new windows open to the observation of extremely high energy astroparticles. The LHC is a particle accelerator used by physicists to study the smallest known particles - the fundamental building blocks of all things. It will revolutionize our understanding, from the minuscule world deep within atoms to the vastness of the Universe. In the course of the last century, physicists ventured into ever smaller dimensions. Today, the Standard Model of particle physics very successfully describes the fundamental building blocks of our world and the forces acting between them. Nevertheless, central questions remain unanswered: Where does the mass come from? What is the origin of the matter-antimatter asymmetry of the universe? What is dark matter made of? What happened during the Big Bang? It is mandatory to go beyond the Standard Model?

This course is interesting for all students who on the one hand want to know the current state of our knowledge in microscopic physics and from a methodological point of view it provides a very detailed application of field theoretical methods which can be interesting in many areas of modern physics. At the end of the course the students should understand the main steps that have lead us to the formulation of the Standard Model and should be able to analyze the open questions in this model.

The multidisciplinary nature of this subject makes it especially relevant to the student's training as it requires a deep knowledge of fundamental aspects of particle physics nowadays and the application of different theoretical tools.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The course provides the basic knowledgments, tools and applications required for many other courses of the master’s degree such as Particle physics beyond the Standard Model, Cosmology I, Cosmology II, and Astroparticle Physics I: gamma rays, neutrinos and cosmic rays.

This course is complemented with Quantum Field Theory.

Students of theoretical high energy physics as well as phenomenology and experiments in particle physics and also students in astroparticle physics may find relevant information for their future work in this course.

1.3. Recommendations to take this course

It is recommended that students have prior knowledge of quantum mechanics and mathematical methods for physics. It is strongly recommended that the students have passed a course on High Energy Physics.

Other courses of the Master that provide and deepen important knowledge for this course is Interaction of radiation and matter and Quantum Field Theory.

2. Learning goals

2.1. Competences

After the course, the student will be more competent to:

  • Facing problems and theoretical developments in the fields of the Degree.
  • Delve into a research topic and learn about the most recent advances and current lines of research in the fields of Cosmology, Astrophysics, Particles and Astroparticles.
  • Analyze, treat and interpret the experimental data.
  • Integrate knowledge and consolidate the basic skills and interrelationships between the different fields of particle physics and astrophysics.
  • Dominate basic and required knowledge for the future research career .
  • Understand scientific-technical reports and articles, assess their relevance and synthesize their content.
  • Understand the current formulation and experimental confirmation of the Standard Model of Particles Physics and their interactions.
  • Mastering the techniques necessary to formalize the previous skills.
  • Integrate knowledge and formulate opinions with limited information in the area of particle and astroparticle physics.

2.2. Learning goals

To pass this course, the student needs demonstrate the following results:

  • Analyze the deduction of the Standard Model of Particle Physics and the connection with the experimental data.
  • Use the Feynman diagram approach and estimate cross sections and decay widths for relevant processes in the Standard Model.
  • Describe the current situation of Elementary Particle Physics and its near future.
  • Analyze recent results from accelerators (mainly from LHC) and obtain estimates on possible new discoveries.
  • Understand the theoretical and experimental problems of the Standard Model.

2.3. Importance of learning goals

This course will provide students with an opportunity to develop the knowledge of the mathematical tools and the fundamental theoretical concepts of particle physics, and the application of different useful tools in different fields of physics. In addition, this course will allow students to develop critical and analytical thinking, both on open questions in particle physics today and in ways that transcend the academic field.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

Students must demonstrate that they have achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities:

  • Case analysis, problem solving, questions and other activities: 30%
  • Reports and written works: 30%
  • Oral presentations of works: 20%
  • Evaluation tests: 20%

The final mark will be obtained according to the above percentages. To pass the subject the final mark must be equal to or  greater than 5.

The course has been primarily designed for students who are able to attend the lectures on site. However, there will also be an evaluation test for those students who are either unable to attend these lectures or who fail in their first evaluation. The test will consist of filling in a questionnaire related to the subject contents.

This global test will be carried out on the dates established by the Faculty of Sciences.

Honors degree qualification

The honors degree will be awarded among the students who achieve a grade above 9.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards achievement of the learning objectives.

The learning process that has been designed for this subject is based on the following:

  • Master classes
     
  • Problem-based learning
     
  • Case resolution
     
  • Oral presentations of works
     
  • Written reports
     
  • Tutorials
     
  • Work in small groups
     
  • Work and personal study
     
  • Assessment test

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks:

  1. Participation and attendance to master classes: 30 contact hours.
  2. Case analysis, sharing and debate on the contents of the course: 20 hours, 16 face-to-face.
  3. Resolution of problems related to the contents of the course: 10 hours, 8 face-to-face.
  4. Preparation and written presentation of work: 20 non-contact hours.
  5. Oral presentation of work: 10 hours, 1 face-to-face.
  6. Tutorials in person or online: 10 hours, 8 face-to-face.
  7. Individual study: 40 non-contact hours.
  8. Written or oral evaluation tests: 3 contact hours.
  9. Discussions in discussion forum: 7 hours not in person.
The teaching and evaluation activities will be carried out in person unless, due to the health situation, the provisions issued by the competent authorities and by the University of Zaragoza require them to be carried out electronically or
semi-electronically with reduced capacity.

4.3. Syllabus

The course will address the following topics:

  1. Electroweak theory: Interactions.
  2. Flavour physics.
  3. Neutrino physics.
  4. Standard Model. Phenomenology. Quantum corrections.
  5. Higgs physics.
  6. Feynman diagrams. Feynman rules. Observables.
  7. Quantum chromodynamics (QCD).
  8. Particle physics at the LHC.

4.4. Course planning and calendar

The dates will be established and announced by the teachers at the beginning of the course.

Classes will begin and end on the dates indicated by the Faculty of Sciences.

  • Theory classes: 2/3 sessions per week. 
  • Computing classes: to be announced.
  • Assessment sessions: dates to be decided.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=68359


Curso Académico: 2021/22

628 - Máster Universitario en Física del Universo: Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astroparticulas

68359 - Teoría y fenomenología del Modelo Estándar de física de partículas


Información del Plan Docente

Año académico:
2021/22
Asignatura:
68359 - Teoría y fenomenología del Modelo Estándar de física de partículas
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
628 - Máster Universitario en Física del Universo: Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astroparticulas
Créditos:
6.0
Curso:
01
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

El desarrollo actual de nuestra comprensión del Universo se encuentra actualmente en un período muy relevante gracias a los resultados de experimentos de altas energías y precisión como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). En este acelerador de partículas recreamos los instantes iniciales de la creación del universo y podemos estudiar los bloques fundamentales del universo - las partículas más pequeñas constituyentes del mismo. Hoy en día, el Modelo Estándar de la física de partículas describe con notable éxito los componentes fundamentales de nuestro mundo y las fuerzas que actúan entre ellos. El más reciente éxito ha sido la confirmación en el LHC de la existencia del último eslabón de este modelo, la partícula de Higgs.

Sin embargo, algunas preguntas cruciales siguen aún sin respuesta: ¿De dónde proviene la masa de las partículas elementales? ¿Es válido el denominado Mecanismo de Higgs para generar estas masas? ¿Qué es la materia oscura? ¿Cuál es el origen de la asimetría materia-antimateria del Universo? ¿Qué pasó durante los instantes iniciales de la creación del universo, el Big Bang? ¿Hay alguna necesidad de ir más allá del Modelo Estándar?.

Teoría y fenomenología del Modelo Estándar de física de partículas es una asignatura optativa cuyo objetivo es que el estudiante se familiarice con la aplicación de métodos modernos de física teórica en el campo de la física de partículas elementales y astropartículas. Este curso es interesante para todos los estudiantes que por un lado quieren conocer el estado actual de nuestros conocimientos en física microscópica (física de partículas) y por otro lado quieren aprender y consolidar los métodos de teoría cuántica de campos, métodos utilizados en muchas otras áreas de la física moderna. Al final del curso los estudiantes deben entender los principales pasos que nos han llevado a la formulación del Modelo Estándar de la física de partículas, y deben ser capaces de analizar las principales cuestiones abiertas aún sin respuesta en este modelo.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura proporciona los fundamentos, herramientas y aplicaciones requeridas para otras asignaturas del máster tales como los cursos de Física de partículas más allá del Modelo Estándar, Cosmología I, Cosmología II y Física de astropartículas I: rayos gamma, neutrinos y rayos cósmicos. Esta asignatura se complementa con la asignatura Teoría Cuántica de Campos.

Los estudiantes de física teórica, fenomenólogos y experimentales en física de partículas y astropartículas, pueden encontrar información relevante para su futuro trabajo en este curso.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Es recomendable que los estudiantes hayan cursado previamente Física Cuántica y Física de Altas Energías.

Se recomiendan conocimientos básicos de mecánica cuántica y métodos matemáticos para la física.

Entre los otros cursos del Máster que proporcionan buenos complementos para esta materia se encuentran Electrodinámica: interacción de radiación y materia y Teoría Cuántica de Campos.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para:

  • Enfrentarse a problemas y desarrollos teóricos en los ámbitos del Título.
  • Profundizar en un tema de investigación y conocer los avances más recientes y las actuales líneas de investigación en los ámbitos de Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astropartículas.
  • Profundizar en el análisis, procesamiento e interpretación de los datos experimentales.
  • Integrar conocimiento y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información limitada en el área de física de partículas y astropartículas.
  • Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • Que sean capaces de comprender informes y artículos científico-técnicos, valorar su relevancia y sintetizar su contenido.
  • Comprender la formulación actual y confirmación experimental del Modelo Estándar de Física de Partículas y sus interacciones.
  • Estudiar los avances que han tenido lugar en Física de Partículas como resultado del conocimiento previo y de las observaciones experimentales hechas en aceleradores.
  • Entender y manejar las técnicas necesarias para formalizar las competencias anteriores.

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

  • Manejar la técnica de Diagramas de Feynman en el cálculo de secciones eficaces y anchuras de desintegración para procesos relevantes en el formalismo del Modelo Estándar.
  • Analizar la deducción del Modelo Estándar de Física de Partículas y la conexión con los datos experimentales.
  • Describir a nivel fenomenológico la situación actual de la Física de Partículas Elementales y su futuro próximo.
  • Analizar los resultados recientes de aceleradores (principalmente de LHC) y obtener estimaciones sobre posibles nuevos descubrimientos.
  • Comprender los problemas teóricos y experimentales del Modelo Estándar.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El carácter multidisciplinar de este curso hace que sea especialmente relevante para la formación del alumno, al exigir el conocimiento profundo de los aspectos fundamentales de la física de partículas hoy en día y la aplicación de diferentes herramientas teóricas útiles en diferentes campos de la física. Además, este curso permitirá a los estudiantes desarrollar un pensamiento crítico y analítico, tanto en las cuestiones abiertas en la física de partículas en la actualidad como en formas que trascienden el ámbito académico.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación:

  • Valoración de análisis de casos, resolución de problemas, cuestiones y otras actividades: 30%
  • Valoración de informes y trabajos escritos: 30%
  • Valoración de exposiciones orales de trabajos: 20%
  • Valoración de las pruebas de evaluación: 20%

La nota final se obtendrá según el porcentaje asignado a cada actividad de evaluación. Para superar la asignatura esta nota final debe ser igual o superior a 5.

Superación de la asignatura mediante una prueba global única.

La asignatura ha sido diseñada principalmente para los estudiantes que asisten a las conferencias durante el curso. Sin embargo, también habrá una prueba de evaluación para los estudiantes que no pueden asistir a estas conferencias, que no hayan realizado las actividades de evaluación o no las hayan superado.

Esta prueba de evaluación global se realizará en las fechas establecidas por la Facultad de Ciencias.

Calificación de Matrícula de Honor: Pueden optar a ella los alumnos que obtengan nota igual o superior a 9.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

La programación de este curso tiene como objetivo alcanzar el nivel de conocimiento de un curso de postgrado en el campo de la física de partículas tanto a nivel teórico como fenomenológico.

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

  • Clases magistrales participativas
  • Aprendizaje basado en problemas
  • Resolución de casos
  • Exposiciones orales de trabajos
  • Trabajos escritos
  • Tutorías de forma presencial o telemática
  • Trabajo en pequeños grupos
  • Trabajo y estudio personal
  • Pruebas de evaluación

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades:

  1. Participación y asistencia a clases magistrales: 30 horas presenciales.
  2. Análisis de casos, puesta en común y debate sobre los contenidos de la asignatura: 20  horas, 16 presenciales.
  3. Resolución de problemas relacionados con los contenidos de la asignatura: 10 horas, 8 presenciales.
  4. Realización y presentación escrita de trabajos: 20 horas no presenciales.
  5. Realización y presentación oral de trabajos: 10 horas, 1 presencial.
  6. Tutorías de forma presencial o telemática: 10 horas, 8presenciales.
  7. Estudio individual: 40 horas no presenciales.
  8. Pruebas de evaluación escrita u oral: 3 horas presenciales.
  9. Debates en foro de discusión:7 horas no presenciales.

Las actividades docentes y de evaluación se llevarán a cabo de modo presencial salvo que, debido a la situación sanitaria, las disposiciones emitidas por las autoridades competentes y por la Universidad de Zaragoza obliguen a realizarlas de forma telemática o semi-telemática con aforos reducidos rotatorios.

4.3. Programa

  1. Teoría electrodébil. Interacciones.
  2. Física del sabor.
  3. Física de neutrinos.
  4. Modelo Estándar. Fenomenología. Correcciones cuánticas.
  5. Física de la partícula de Higgs.
  6. Diagramas y Reglas de Feynman. Observables.
  7. Cromodinámica cuántica (QCD).
  8. Física de partículas en aceleradores. LHC.

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Las fechas serán establecidas y anunciadas por los profesores al inicio del curso.

  • Clases de teoría y problemas: 3 sesiones por semana.
  • Clases de computación: comunicadas por el profesor.
  • Sesiones de evaluación: fechas a decidir.

Las clases comenzarán y finalizarán en las fechas indicadas por la Facultad de Ciencias.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=68359