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 moderno polje, ki leži na stičišču fizike delcev, astrofizike in kozmologije. Hiter razvoj na tem področju se je sprožil z razcvetom v poskusih, ki pokrivajo območje z visoko energijo, vključno z zemeljskimi opazovanji, satelitskimi misijami in trkalniki delcev. Ti detektorji so pogosto preizkus za med seboj povezane fizikalne pojave, zato jih je najbolje preučevati na področju, ki jih združuje – na področju astrofizike osnovnih delcev.

Cilj tega predmeta je dati študentom pregled nad pomembnimi tematikami, s poudarkom na najbolj pomembnih, dolgotrajnih težavah v tem hitro razvijajočem se področju. Dopolnjuje se s predmetom“Sodobna astrofizika”. Osredotočen bo na visoko energijske poskuse in na procese pomembne pri astrofiziki delcev. Zajemal bo tudi izbrane teme iz kozmologije pri majhnih rdečih premikih, za katere je pomembna astrofizika medzvezdne snovi, kar bo komplementarno predmetu “Kozmologija”, ki je osredotočena na zgodnje vesolje.

 

Študenti bodo pridobili tudi praktične izkušnje z izvajanjem enega najpogosteje uporabljanih simulatorjev širjenja kozmičnih delcev skozi ekstragalaktični in galaktični medij: CRPROPA. Svoje rezultate bodo primerjali s podatki iz dosedanjih opazovanj in se naučili, kako omejiti teoretične modele.

Kot del izpita, bodo pripravili kratko predstavitev o predhodno izbrani temi s ciljem razvijanja kritičnega mišljenja in razumevanja glavnih znanstvenih trendov.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

Astrofizikalno pospeševanje delcev:

- elektrodinamika kompaktnih objektov (pulzarji)

- pospeševanje zaradi šokov (ostanki supernov, meglice okoli pulzarjev),

- akrecija snovi, pospeševanje in kolimiranje relativističnih curkov (aktivna galaktična jedra, izbruhi gama žarkov)

- opazovanja visoko energijskih izvorov: nabiti kozmični delci, fotoni, nevtrini, gravitacijsko sevanja in razlaga lastnosti izvora

Astrofizika visokih energij v naši galaksiji:

- medzvezdna snov, magnetna polja, difuzija, izgube energije in sekundarna emisija.

Astrofizika zelo visokih energij ekstragalaktičnega izvora: medgalaktična snov, magnetna polja, kozmični nevtrini in kozmološki signal žarkov gama.

Problem temne snovi: njena porazdelitev in morebitni astrofizikalni signali.

Analiza podatkov: simulacije kozmičnih delcev z zelo visokimi energijami in primerjave s podatki.

Predvideni študijski rezultati

  • Študenti bodo pridobili osnovno znanje s področja astrofizike delcev in bodo sposobni jasno opredeliti glavne teme, ki so v središču sodobnega raziskovanja. Prav tako bodo dobili vpogled v pričakovane izboljšave, ki jih bodo prinesli podatki iz prihajajočih teleskopov.
  • Študenti bodo pridobili tudi izkušnje z rokovanjem s standardnim numeričnim orodjem v visoko energijski astrofiziki in s primerjavo tako ustvarjenih modelov s trenutnimi eksperimentalnimi podatki.
  • Na koncu bodo študenti pridobili dovolj izkušenj na področju astrofizike, da bi lahko samostojno pregledali trenutno raziskovalno literaturo in pripravili kratek seminar o izbrani temi.

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, Springer, 2018
  • Pierre Sokolsky, Introduction to Ultrahigh Energy Cosmic Ray Physics, CRC Press, 2004

Načini ocenjevanja

Študenti bodo ocenjeni na podlagi: i) svojih domačih nalog, ii) dokončanih praktičnih vaj, ki temeljijo na kodi CRPROPA in iii) njihove končne “seminarju podobne” kratke predstavitve o izbrani temi iz sodobnih raziskav. 30/30/40

Reference nosilca

Izredna profesorica 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

Vrsta predmeta: izbirni

Jeziki: angleščina

Metode poučevanja in učenja:
• praktične vaje s programsko opremo (crpropa) in preprosta analizo podatkov. • neodvisno branje sodobne raziskovalne literature pod mentorstvom predavatelja in predstavitev rezultatov ter odprta razprava z drugimi študenti. • journal club: razprava o objavljenih znanstvenih člankih o izbranih temah visoko energijske astrofizike.