Fakulteta za podiplomski študij

Astrofizika osnovnih delcev

Predmet se izvaja v programu:
Podiplomski študijski program Fizika (tretja stopnja)

Cilji in kompetence

Astrofizika osnovnih delcev je sodobno področje znanosti, ki združuje tri ustaljena področja: fiziko osnovnih delcev, astrofiziko in kozmologijo. Njegov hiter razvoj je predvsem posledica razcveta eksperimentov, povezanih z meritvami lastnosti in izvorov visoko energijskih delcev in gama žarkov (s površja Zemlje, s satelitov ter v trkalnikih osnovnih delcev). Ker so meritve pogosto zasnovane kot testi za določenih fizikalnih pojavov, ki povezujejo več tradicionalnih področij, jih je najbolje opazovati znotraj poenotenega okvira: astrofizike osnovnih delcev.

Cilj predmeta Astrofizika osnovnih delcev je posredovati študentom pregled ustreznih tem s poudarkom na do sedaj še nerešenih vprašanjih tega hitro razvijajočega področja. V dopolnjevanju s predmetom Sodobna astrofizika bo poudarek na doprinosu, ki ga eksperimenti v astrofiziki osnovnih delcev imajo na razumevanje procesov v naravi. V dopolnjevanju s predmetom Kozmologija, ki je osredotočen na čas zgodnjega vesolja, bo predmet zajemal izbrane teme kozmologije nizkih rdečih premikov, relevantnih za astrofiziko medzvezdne snovi.

Študenti bodo pridobili praktične izkušnje z uporabo ene izmed najpogosteje uporabljenih numeričnih kod za simulacijo širjenja kozmičnih žarkov in anihilacije temne snovi v naši galaksiji: GALPROP. Primerjali bodo rezultate simulacij s rezultati trenutnih opazovanj, ter se naučili omejevanja teoretičnih modelov.

Kot del zaključnega izpita bodo pripravili kratko predstavitev na izbrano temo s ciljem razvijanja kritičnega razmišljanja in razumevanja najnovejših znanstvenih izsledkov.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

  • Pospeševanje delcev v astrofizikalnih izvorih:

    - elektrodinamika kompaktnih objektov (pulzarji)

    - pospeševanje v udarnih valovih (ostanki supernov, meglice okoli pulzarjev),

    - akrecija, pospeševanje in kolimacija relativističnih curkov (aktivna galaktična jedra, izbruhi sevanja gama)

  • Opazovanje visoko-energijskih glasnikov: nabiti kozmični delci, fotoni, nevtrini, gravitacijsko sevanje in nastajajoča slika lastnosti njihovih izvorov
  • Astrofizika visokih energij v naši Galaksiji: medzvezdna snov, difuzija, izguba energije in sekundarna emisija
  • Izvengalaktična astrofizika: kozmični nevtrini in kozmološki signal v gama svetlobi

  • Problem temne snovi: njena porazdelitev in potencialni astrofizikalni signali
  • Kozmološki vidiki astrofizike visokih energij: medgalaktična snov, reionizacija in goščava Lyman-alfa. Pomen za prihodnja opazovanja (EUCLID, SKA).

Predvideni študijski rezultati

  • Študenti bodo pridobili osnovno znanje s področja astrofizike osnovnih delcev in bodo sposobni jasno opredeliti glavne teme v središču sodobnih raziskav. Prav tako bodo dobili vpogled v izboljšave, ki jih pričakujemo iz podatkov bodočih teleskopov.
  • Študenti bodo dobili praktično znanje s standardnim numeričnim orodjem v astrofiziki visokih energij in s primerjavo tako ustvarjenih modelov s trenutnimi eksperimentalnimi podatki.
  • Ob koncu predmeta bi študenti morali pridobiti dovolj izkušenj na področju astrofizike, da bodo lahko samostojno raziskali sodobno strokovno literaturo in pripravili kratek seminar na izbrano temo.

Temeljna literatura in viri

  • Malcolm Longair, High Energy Astrophysics, Cambridge University Press, 2011.
  • Berezinskii, Bulanov, Dogiel, Ginzburg and Ptuskin, Astrophysics of Cosmic rays, North Holland, 1990.
  • Alessandro de Angelis and Mario Pimenta, Introduction to particle and astroparticle physics (to be published)

Načini ocenjevanja

Študenti bodo ocenjeni na podlagi: I) domačih nalog, ii) dokončanja praktičnih vaj, ki temeljijo na programski opremi GALPROP in iii) končne predstavitve na izbrano sodobno raziskovalno temo v obliki seminarja. 30/30/40

Reference nosilca

Docentka s področja fizike na Univerzi v Novi Gorici.

Bibliografija

Univerzitetna koda predmeta: 3FIi28

Letnik: 1

Predavatelj:

ECTS: 12

Obseg:

  • Predavanja: 40 ur
  • Vaje: 20 ur
  • Samostojno delo: 300 ur

Jeziki: angleščina, slovenščina

Metode poučevanja in učenja:
• predavanja in nekaj domačih nalog; • praktične vaje z najsodobnejšo programsko opremo (galprop) in enostavna analiza trenutnih podatkov; • neodvisno branje sodobne raziskovalne literature pod mentorstvom predavatelja in predstavitev rezultatov drugim študentom v odprti razpravi; • journal club – razprava o objavljenih znanstvenih člankih iz izbranih tem astrofizike visokih energij.