Современный физический эксперимент

Abstract

Программа дисциплины «Современный физический эксперимент» разработана для специализации 1-31 04 06 01 «Ядерная физика и электроника» специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» первой ступени высшего образования. Она предназначена для обучения студентов основам экспериментальной физики высоких энергий, изучения методов экспериментальных исследований, принципов построения сложных детектирующих систем и ознакомление со всем спектром экспериментально-измерительных устройств, применяющихся в физике ядра и элементарных частиц. Настоящая программа является оригинальной и разработана с учетом соответствующих требований образовательного стандарта специальности 1-31 04 06 «Ядерные физика и технологии» (ОСВО 1-31 04 06-2013). В настоящее время экспериментальная физика высоких энергий переживает новый период подъема, связанный с работой ряда современных ускорительных комплексов (CERN в Швейцарии, FermiLab в США, NICA в России, DESY в Германии, …), и, в первую очередь, с работой ускорительно-накопительного комплекса (УНК) на встречных пучках протонов «Большой адронный коллайдер» (LHC) в международной лаборатории физики частиц CERN. В настоящее время, на базе этого УНК проводится ряд уникальных экспериментальных исследований. Полный цикл экспериментального исследования и последующего анализа полученных результатов в подобных экспериментах составляет порядка 15-20 лет и требует участия больших коллективов ученых-физиков. Кроме того, активно рассматриваются сейчас и будущие перспективные проекты, например комплекс FCC (Будущие кольцевые коллайдеры) и ILC (Международный линейный коллайдер). С другой стороны, научно-технические наработки, созданные в ходе подготовки экспериментов на УНК LHC, стимулировали бурное развитие физики и техники детекторов для прикладных приложений, в первую очередь, для медицинской диагностики. Глубокое понимание принципов создания современной экспериментальной установки для физики высоких энергий, включающей в себя десятки тысяч взаимосвязанных детекторов различной конструкции и назначения, равно как и многодетекторной системы для медицины и медико-биологических исследований, является важной составляющей подготовки специалиста в области ядерной физики. Курс основывается на дисциплине «Физика ядра и элементарных частиц», завершающей общий курс физики, и на дисциплинах специальности «Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом» и «Методы и устройства регистрации излучений».

Цель учебной дисциплины  сформировать у студентов-физиков систематические знания по методам и аппаратуре для измерения физических характеристик элементарных частиц и взаимодействий.

Задачи учебной дисциплины:  сформировать у студентов представление о физических принципах, лежащих в основе детектирования корпускулярных излучений;  привить и закрепить базовые навыки Монте-Карло моделирования ядерно-физического эксперимента с использованием пакета библиотек GEANT4. Учебный материал дисциплины основан на базовых знаниях и представлениях, заложенных в дисциплинах цикла общенаучных и общепрофессиональных дисциплин «Физика атома и атомных явлений», «Физика ядра и элементарных частиц», «Электродинамика», «Квантовая механика», в дисциплинах специальности «Физика ускорителей», «Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом», «Методы и устройства регистрации излучений». Учебный материал дисциплины будет использован при выполнении курсовых и дипломных работ. Перед преподавателем данной дисциплины ставятся следующие за-дачи:  ознакомить студентов с физическими принципами детектирования элементарных частиц;  систематически изложить основные сведения по регистрации элементарных частиц, их идентификации, измерении массы, энергии, импульса и других параметров;  ознакомить обучающихся с основными подходами, применяемыми при проектировании комплексных многодетекторных экспериментальных установок и этапами современного масштабного эксперимента: научного обоснования, моделирования, разработки, эксплуатации и обработки экспериментальных данных;  способствовать развитию научного мировоззрения обучающихся. Из множества эффективных педагогических методик и технологий, которые способствуют вовлечению обучающихся в поиск и управление знаниями, приобретению опыта самостоятельного решения разнообразных задач, следует выделить: технологии проблемно-модульного обучения; технологии научно-исследовательской деятельности; проблемно-ориентированный междисциплинарный подход; интенсивное обучение; моделирование проблемных ситуаций и их решение. Для формирования современных социально-профессиональных компетенций выпускника вуза в практику проведения занятий целесообразно внедрять методики активного обучения и дискуссионные формы. В результате усвоения дисциплины обучающийся должен знать: – особенности методов регистрации ионизирующих излучений применительно к экспериментальной физике высоких энергий; – практическое применение технологий и методов экспериментальной физики высоких энергий в медицине, геологоразведке и системах не-разрушающего контроля; – принципы пространственных и временных измерений, идентификации элементарных частиц; уметь: – учитывать принципиальные физические ограничения на параметры детекторов элементарных частиц; – подбирать тип и характеристики детекторов для решения конкретных практических задач; владеть: – методами компьютерного моделирования энергетических и временных спектров частиц в детекторах.

В результате изучения учебной дисциплины «Современный физический эксперимент» у обучающегося должны быть сформированы следующие компетенции:  уметь применять базовые научно-теоретические знания для решения теоретических и практических задач;  владеть системным и сравнительным анализом;  владеть исследовательскими навыками;  уметь работать самостоятельно;  иметь навыки, связанные с использованием технических устройств, управлением информацией и работой с компьютером;  иметь лингвистические навыки (устная и письменная коммуникация);  обладать качествами гражданственности;  быть способным к социальному взаимодействию;  обладать способностью к межличностным коммуникациям;  владеть навыками здорового образа жизни;  применять знания теоретических и экспериментальных основ ядерной физики и ядерных технологий, ядерно-физических методов исследования, методов измерения физических величин, методов автоматизации эксперимента, методов планирования, организации и ведения научно-производственной, научно-педагогической, производственно-технической, опытно-конструкторской работы в области ядерно-физических технологий и атомной энергетики;  применять полученные знания фундаментальных положений физики, экспериментальных, теоретических и компьютерных методов исследования, планирования, организации и ведения научно-технической работы;  вести переговоры, разрабатывать планы сотрудничества с другими организациями;  пользоваться глобальными информационными ресурсами;  пользоваться государственными языками Республики Беларусь и иностранными языками как средством делового общения;  реализовывать методы защиты производственного персонала и на-селения в условиях возникновения аварий, катастроф, стихийных бедствий и обеспечения радиационной безопасности при осуществлении научной, производственной и педагогической деятельности;  осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективным направлениям развития отрасли, инновационным технологиям, проектам и решениям;  определять цели инноваций и способы их реализации;  оценивать конкурентоспособность и экономическую эффективность разрабатываемых технологий;  применять методы анализа и организации внедрения инноваций в научно-производственной, научно-педагогической и научно-технической деятельности. Форма получения высшего образования — очная, дневная. Общее количество часов – 46, количество аудиторных часов – 28. Аудиторные занятия проводятся в виде лекций и управляемой самостоятельной работы (УСР). На проведение лекционных занятий отводится 24 часа, на УСР — 4 часа. Занятия проводятся на 5-м курсе в 9-м семестре. Формы текущей аттестации по учебной дисциплине  зачёт (9 семестр).