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Academic Year/course: 2022/23

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

68357 - Electrodynamics: radiation and matter interaction


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
68357 - Electrodynamics: radiation and matter interaction
Faculty / School:
100 - Facultad de Ciencias
Degree:
628 - Master's Degree in Physics of the Universe: Cosmology, Astrophysics, Particles and Astroparticles
ECTS:
6.0
Year:
01
Semester:
First semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

Interaction of Radiation and Matter is a master course of physics that provides the basis for understanding numerous phenomena in advanced Physics and Astrophysics. It is devoted to provide the basis of the radiation mechanisms based on quantum and relativistic principles.

The course and its expected outcomes respond to the following approaches and goals: to understand the classical and quantum nature of electromagnetic interactions, together with more recent developments associated with new materials, as well as applications to other branches of physics. At the end of the course the student should be able to use and apply their knowledge to solve current problems of radiation detection, particle physics, astrophysics and cosmology.

These approaches and objectives are aligned with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), in such a way that the acquisition of the results of subject learning provides training and competence to contribute to some extent to its achievement. In particular with Goal 4: Quality education. Goal 5: Gender equality, Goal 9: Industry, innovation and infrastructure and Goal 13: Climate action.

1.2. Context and importance of this course in the degree

The course provides the basic concepts, tools and applications required for many other courses of the master such as Cosmology I and Cosmology II, Observational Astrophysics, Stellar Astrophysics and Extragalactic Astrophysics.

This course is complemented by Quantum Field Theory and Theory and Phenomenology of the Standard Model of Particle Physics.

1.3. Recommendations to take this course

It is recommended that students have prior knowledge of quantum mechanics, electromagnetism and optics.

Other courses of the Master that provide and deepen important knowledge for this subject are Quantum Field Theory and Theory and Phenomenology of the Standard Model of Particle Physics.

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.
  • Understand the basic concepts and physical phenomena related to relativistic interactions of light and matter, and compute their effects.
  • Analyze and interpret physical phenomena that involve the emission or absorption of radiation.

2.2. Learning goals

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

  • Know the fundamentals and practical consequences of the relativistic aspects of radiation.
  • Being able to analyze the different physical phenomena that involve emission or absorption of electromagnetic radiation.
  • Know the radiation detection techniques.
  • Know the basic rules of the interaction of light with matter.

2.3. Importance of learning goals

The interest in the electromagnetic phenomena at short distances has increased in recent decades due to their fundamental properties and new physical phenomena associated with the quantum nature of radiation-matter interaction. A solid knowledge of these phenomena and the development of new analytical tools will allow the students to apply them in solving advanced problems in this field.

The course will also allow students to acquire and develop the analytical skills necessary to work in a theoretical or experimental research group in the future.

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:

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

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 5.0.

The course has been primarily designed for students who are able to attend the lectures on site, and carry out the evaluation activities described above. 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.

This global test will be carried out on the dates established by the Faculty of Sciences and will consist of an evaluation of the same learning results as in the continuous evaluation tests.

Honors degree qualification

The honors degree will be awarded to students who achieve the maximum grades, as long as it is above 9.0.

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. Relativistic electrodynamics.
  2. Lorentz symmetry and spin.
  3. Classical theory of radiation.
  4. Synchrotron radiation.
  5. Cerenkov Effect.
  6. Astrophysical applications.
  7. Quantum electrodynamics.
  8. Quantum electromagnetic radiation. Dirac Equation.
  9. Interaction of photons with matter.
  10. Interaction of charged particles with matter.
  11. Fermi golden rule. Compton effect.
  12. Interaction of neutrons with matter.
  13. Photons in astrophysics.

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=68357

 


Curso Académico: 2022/23

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

68357 - Electrodinámica: interacción de radiación y materia


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
68357 - Electrodinámica: interacción de radiación y materia
Centro académico:
100 - Facultad de Ciencias
Titulación:
628 - Máster Universitario en Física del Universo: Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astropartículas
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:

Electrodinámica: Interacción de Radiación y Materia es una asignatura optativa que proporciona las bases para la comprensión de numerosos fenómenos de la Física y Astrofísica avanzadas. El enfoque principal se centra en la comprensión de la naturaleza clásica y cuántica de las interacciones electromagnéticas tanto a escala macroscópica como microscópica. Está fundamentalmente orientada a estudiantes que estén interesados en el aprendizaje de las propiedades cuánticas del campo electromagnético y su papel en el mundo microscópico. El objetivo es que el estudiante se familiarice con conceptos teóricos que son empleados en áreas de investigación de la frontera de la Física, donde las interacciones electromagnéticas juegan un papel clave. Al finalizar el curso el estudiante deberá ser capaz de usar y aplicar sus conocimientos para resolver problemas actuales de detección de radiación, física de partículas, astrofísica y cosmología.

Estos planteamientos y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/), de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia para contribuir en cierta medida a su logro. En particular con el Objetivo 4: Educación de calidad. Objetivo 5: Igualdad de género, Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras y el Objetivo 13: Acción por el clima.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura proporciona los fundamentos, herramientas y aplicaciones requeridas para muchas otras asignaturas del máster tales como los cursos de Astrofísica Observacional, Astrofísica Estelar, Astrofísica Extragaláctica, Cosmología I y Cosmología II. Esta asignatura se complementa con la Teoría Cuántica de Campos y Teoría y Fenomenología del Modelo Estándar de Física de Partículas.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

El curso se orienta al estudio de fenómenos asociados a la interacción de la radiación con la materia. El principal objetivo del curso es el dominio de las herramientas teóricas y analíticas que se necesitan para resolver los problemas asociados a los efectos debidos a la interacción de la radiación y la materia. Es recomendable que los estudiantes tengan un conocimiento previo de Física Cuántica, Electromagnetismo y Óptica. Entre los otros cursos del Máster que proporcionan buenos complementos para esta materia se encuentran Teoría Cuántica de Campos y Teoría y Fenomenología del Modelo Estándar de Física de Partículas.

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.
  • Comprender los conceptos básicos y fenómenos físicos relacionados con las interacciones relativistas de luz y materia.
  • Calcular los efectos asociados a la interacción de luz y materia.
  • Analizar fenómenos físicos que impliquen la emisión o absorción de radiación.
  • Aplicar las propiedades de la radiación a distintos fenómenos físicos y conocer los principales efectos de la radiación en la materia.
  • Consolidar las habilidades básicas e interrelaciones entre los distintos campos de la física de partículas y la astrofísica.

2.2. Resultados de aprendizaje

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

  • Conocer los fundamentos y las consecuencias prácticas de los aspectos relativistas de la radiación, así como los efectos cuánticos asociados a los fenómenos de dicha radiación.
  • Ser capaz de analizar los distintos fenómenos físicos que involucran emisión o absorción de radiación electromagnética.
  • Dominar las técnicas de detección de radiación.
  • Dominar las reglas básicas de la interacción de la luz y partículas con la materia.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El interés por el papel de los fenómenos electromagnéticos a cortas distancias se ha incrementado en las últimas décadas tanto por sus propiedades fundamentales como por los nuevos fenómenos físicos asociados a la naturaleza cuántica de la interacción radiación-materia. Un sólido conocimiento de estos fenómenos y el desarrollo de nuevas herramientas analíticas permitirán al estudiante aplicarlas en la solución de problemas avanzados de este campo. El curso también permitirá al estudiante desarrollar sus habilidades analíticas, lo que facilitará su incorporación a un dinámico grupo de investigación, sea teórico o experimental, que trabaje en campos activos de Física.

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

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 para estudiantes que asistan a las clases presenciales en el aula y en el laboratorio, y realicen las actividades de evaluación anteriormente expuestas. Sin embargo, habrá también una prueba de evaluación para aquellos estudiantes 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 y consistirá en un examen teórico.

Calificación de Matrícula de Honor: Pueden optar a ella los alumnos que obtengan la mejor nota en el total de las calificaciones siempre que dicha nota sea igual o superior a 9.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

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. Electrodinámica Relativista.
  2. Simetrías Lorentz y espín.
  3. Teoría clásica de la Radiación.
  4. Radiación sincrotrón.
  5. Efecto Cerenkov.
  6. Aplicaciones en Astrofísica.
  7. Electrodinámica Cuántica.
  8. Teoría Cuántica de la Radiación. Ecuación de Dirac.
  9. Interacción de fotones con materia.
  10. Interacción de partículas cargadas con materia.
  11. Regla de Oro de Fermi. Efecto Compton.
  12. Interacción de neutrones con materia.
  13. Fotones en Astrofísica

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

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos.

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

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

  • Clases de teoría y problemas: 2/3 sesiones por semana.
  • Clases de computación: serán anunciadas por los profesores al comienzo del curso.
  • Sesiones de evaluación: fechas a decidir.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=68357