Consulta de Guías Docentes



Academic Year/course: 2022/23

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

68362 - Astroparticle physics II: the dark Universe


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
68362 - Astroparticle physics II: the dark Universe
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:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

This course will give students an updated view of the state of the art for dark matter searches.

The focus of the subject will be phenomenological, complementing the more theoretical approach that will be followed by other subjects of the master such as Cosmology I and Cosmology II. It will focus on the solutions that Particle Physics offers to the problem of dark matter by analyzing possible extensions to the standard model capable of providing candidates with the appropriate characteristics. It will also provide students with the knowledge and tools necessary to address their possible detection. Students come into contact with a wide variety of experimental efforts aimed at detecting galactic dark matter.

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 learning of the subject provides training and competence to contribute to some extent to its achievement: Goal 4: Quality education; Goal 5: Gender equality; Goal 9: Industry, innovation and infrastructures.

 

1.2. Context and importance of this course in the degree

This course, together with Astroparticle Physics I: Gamma Rays, Neutrinos and Cosmic Rays, forms the module of Astroparticle Physics. This second part offers students an in-depth review of theories and experiments in the field of matter. These topics will be of interest not only to students who want to pursue research lines in Astroparticle Physics but also to those interested in Particle Physics or Astrophysics.

Thus, the module, together with the three courses of the Instrumental Techniques module and courses of Cosmology and relativity, Particle Physics or Astrophysics, can be part of a curriculum oriented towards the experimental aspect of Astroparticle Physics. On the other hand, it can also be part of curricula oriented towards the phenomenology of Particle Physics, or towards Astrophysics

 

 

1.3. Recommendations to take this course

This course is complementary and continuation of Astroparticle Physics I, so it is advisable to take both. In particular, because the study of cosmic rays (integrated in Astroparticle Physics I) is essential to understand indirect dark matter detection techniques. Courses of the modules Cosmology and Particle Physics are also advisable. Likewise, it is recommended to take courses of Instrumental Techniques, in particular, Physics and Engineering of particle detectors.

2. Learning goals

2.1. Competences

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

  • Join as qualified researcher or technician research teams in the fields of Cosmology, Astrophysics, Particles and Astroparticles.
  • Use computer techniques and tools for modeling, simulations and data analysis.
  • Analyze, treat and interpret experimental data obtained in experiments.
  • 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.
  • Expand his/her knowledge of the properties of dark matter, candidates, and observational techniques.

2.2. Learning goals

To pass this course, the student has to acquire the following learning outcomes:

  • Understand the theoretical and experimental motivations for dark matter.
  • Distinguish between the main types of dark matter, and the different ways to detect it.
  • Know the extensions of the Standard Model that make up the dark universe.

2.3. Importance of learning goals

Astroparticle Physics is an expanding field of Physics where the development of detectors, Particle Physics, Cosmology, Astronomy and Nuclear Physics coincide. Because of this, the topics covered require a multidisciplinary approach that strongly enriches the education of students. In Spain, the Canfranc Underground Laboratory has allowed having an extensive experience in this field and its existence, together with the work of competitive national research groups, will promote Astroparticle Physics and the demand for professionals trained in science and technology in this type of study.

In addition, the course will allow students to develop critical and analytical skills, very useful to face many of the problems in Physics and related areas. Moreover, as Master studies are a bridge to the workplace or future PhD studies, their instruction will be supplemented in ways that go beyond purely academic by being in contact with researchers working in these lines.

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 10%
  • Evaluation tests 30%
  • Computational work 10%

The final mark will be obtained according to the percentage assigned to each evaluation activity. To pass the course this final grade must be equal or higher than 5.0 and not lower than 4.0 in each of the activities.

A single global test

The course has been designed for students who attend face-to-face classes in the classroom, and carry out the assessment activities described above. However, there will also be an evaluation test for those students who have not carried out the evaluation activities or have not passed them.

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.

 

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

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

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

4.2. Learning tasks

The program offered to the student to help him achieve the expected results includes the following activities:

  1. Participation and attendance to lectures in person or online: 30 contact hours
  2. Analysis of cases, sharing and debate on the contents of the subject: 10 hours, 7 face-to-face
  3. Resolution of problems related to the contents of the subject: 10 hours, 7 face-to-face
  4. Completion of computing practices: 10 hours, 7 face-to-face
  5. Preparation and written presentation of work: 20 non-contact hours
  6. Preparation and oral presentation of work: 10 hours, 1 face-to-face
  7. Face-to-face or online tutorials: 10 hours, 5 face-to-face
  8. Individual study: 40 non-contact hours
  9. Written or oral evaluation tests: 3 contact hours
  10. Debates in discussion forum: 7 non-contact hours

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

  1. Dark matter: astrophysical and cosmological evidences.

  2. Theories and candidates for dark matter.

  3. Direct search for WIMPs.

  4. Indirect searches for dark matter.

  5. Signs of dark matter in accelerators.

  6. Neutrinos as hot and warm dark matter.

  7. The strong CP problem. Axions and ALPs.

  8. Axion detection experiments.

  9. Other dark matter candidates and models.

4.4. Course planning and calendar

Calendar of teaching sessions and assessments

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 and problems classes: 2/3 sessions per week.
  • Computer practical classes: they will be announced by the teachers at the beginning of the course.
  • Evaluation sessions: dates to be decided.

4.5. Bibliography and recommended resources

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=68362


Curso Académico: 2022/23

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

68362 - Física de astropartículas II: el universo oscuro


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
68362 - Física de astropartículas II: el universo oscuro
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:
Segundo 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:

Esta asignatura dará a los estudiantes una visión actualizada del estado de las investigaciones desarrolladas para la comprensión de la naturaleza de la materia oscura y su posible detección.

El enfoque de la asignatura será fenomenológico, complementando el enfoque más teórico que seguirán otras asignaturas del máster como Cosmología I y Cosmología II. Se centrará en las soluciones que la Física de Partículas ofrece al problema de la materia oscura analizando posibles extensiones al modelo estándar capaces de proporcionar candidatos con las características adecuadas y dotará a los estudiantes de los conocimientos y herramientas necesarias para abordar su posible detección. Los estudiantes entrarán en contacto con una amplia variedad de esfuerzos experimentales orientados a la detección de la materia oscura galáctica.

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: Objetivo 4: Educación de calidad; Objetivo 5: Igualdad de género;  Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras; 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Esta asignatura conforma, junto con la de Física de astropartículas I: rayos gamma, neutrinos y rayos cósmicos la materia de Física de astropartículas. Esta segunda parte ofrece a los estudiantes una revisión profunda de las teorías y de los experimentos en el campo de de la materia. Estos tópicos serán de interés no solo para estudiantes que quieran seguir líneas de investigación en Física de Astropartículas sino también para aquellos interesados en Física de Partículas o en Astrofísica.

Así, la materia, junto con las tres asignaturas de la materia de Técnicas instrumentales y asignaturas de otras materias como Cosmología y relatividad, Física de Partículas o Astrofísica pueden formar parte de un currículo orientado hacia la vertiente experimental de Física de Astropartículas. Por otra parte, también puede puede formar parte de currícula orientados hacia la fenomenología de Física de partículas, o hacia la Astrofísica

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta asignatura es complementaria y continuación de Física de Astropartículas I, por lo que se aconseja cursar ambas. En particular, porque el estudio de los rayos cósmicos (integrados en Física de Astropartículas I) resulta imprescindible en la comprensión de las técnicas de detección indirecta de materia oscura. Son aconsejables además las asignaturas de Cosmología y de Física de Partículas. Asimismo, se recomienda cursar asignaturas de la materia Técnicas Instrumentales, en particular, Física e Ingeniería de detectores de partículas.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

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

  • Integrarse como investigadores o tecnólogos cualificados en equipos de investigación en los ámbitos de Cosmología, Astrofísica, Partículas y Astropartículas.
  • Utilizar técnicas y herramientas informáticas de modelización, simulación y análisis de datos más comunes en los ámbitos del Título.
  • Analizar, tratar e interpretar datos experimentales obtenidos en experimentos de los ámbitos del Título.
  • 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.
  • Ampliar sus conocimientos sobre las propiedades de la materia oscura, candidatos y técnicas observacionales

2.2. Resultados de aprendizaje

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

  • Comprender las motivaciones teóricas y experimentales para la materia oscura.
  • Distinguir entre los tipos principales de materia oscura, y las distintas formas de detectarla.
  • Conocer las extensiones del Modelo Estándar que conforman el “universo oscuro”.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

La Física de Astropartículas es un campo de la Física en expansión donde coinciden el desarrollo de detectores, la Física de Partículas, la Cosmología, la Astronomía y la Física Nuclear. Debido a esto, los tópicos cubiertos requieren una aproximación multidisciplinar que enriquece fuertemente la educación de los estudiantes. En España, el Laboratorio Subterráneo de Canfranc ha permitido tener una amplia experiencia en este campo y su existencia junto con el trabajo de grupo nacionales van a impulsar la Física de Astropartículas y la demanda de profesionales formados en la ciencia y tecnología de este tipo de estudios.

Además el curso permitirá a los estudiantes desarrollar habilidades de crítica y análisis, muy útiles para enfrentar muchos de los problemas en Física y áreas relacionadas. Por otra parte, como los estudios de Máster son un puente al lugar de trabajo o a futuros estudios de doctorado, su instrucción se verá complementada en formas que van más allá de las puramente académicas al estar en contacto con investigadores que trabajan en estas líneas.

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

  1. Valoración de informes y trabajos escritos 20%
  2. Valoración de análisis de casos, resolución de problemas, cuestiones y otras actividades 30%
  3. Valoración de exposiciones orales de trabajos 10%
  4. Valoración de las pruebas de evaluación 30%
  5. Evaluación del trabajo computacional 10%

La nota final se obtendrá según el porcentaje asignado a cada actividad de evaluación. Para superar la asignatura esta nota final debe no ser inferior a 5.0 y no inferior a 4.0 en cada una de las actividades.

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 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 una evaluación de los mismos resultados de aprendizaje que en las pruebas de evaluación continua.

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 problema
  • Resolución de casos
  • Prácticas computacionales
  • Exposiciones orales de trabajos
  • Trabajos escritos
  • Tutorías
  • 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 lecciones magistrales de forma presencial o telemática: 30 horas presenciales.
  2. Análisis de casos, puesta en común y debate sobre los contenidos de la asignatura: 10 horas, 7 presenciales.
  3. Resolución de problemas relacionados con los contenidos de la asignatura: 10 horas, 7 presenciale.
  4. Realización de prácticas de computación: 10 horas, 7 presenciales.
  5. Realización y presentación escrita de trabajos: 20 horas no presenciales.
  6. Realización y presentación oral de trabajos: 10 horas, 1 presencial.
  7. Tutorías de forma presencial o telemática: 10 horas, 5 presenciales.
  8. Estudio individual: 40 horas no presenciales.
  9. Pruebas de evaluación escrita u oral: 3 horas presenciales.
  10. 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. Materia oscura: evidencias astrofísicas y cosmológicas.
  2. Teorías y candidatos a materia oscura..
  3. Búsqueda directa de WIMPs.
  4. Búsquedas indirectas de materia oscura.
  5. Señales de materia oscura en aceleradores.
  6. Neutrinos como materia oscura caliente y templada.
  7. El problema CP fuerte. Axiones y ALPs.
  8. Experimentos de detección de axiones.
  9. Otros candidatos a materia oscura y modelos.

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.

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 prácticas 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=68362