Einführung in die QCD
Introduction to QCD

Modul PH2042

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2042 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 75 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2042 ist Antonio Vairo.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

The lecture course will provide a basic introduction to the Quantumchromodynamics (QCD) and focus on its high energy (collider physics) and low energy (chiral perturbation theory) behaviour. The plan of the course is the following:

  • Strong interaction: historical overview and foundation of QCD
  • The QCD Lagrangian
    • SU(3) group and representations
    • Discrete symmetries: CPT
    • Continuous symmetries: gauge invariance
    • Gauge fixing and the Faddev-Popov ghost
    • QCD Lagrangian and Feynman rules
    • Exact symmetries and the θ term
    • Approximate symmetries
      • Isospin simmetry
      • Chiral simmetry
      • Heavy quark symmetry
  • Renormalization of QCD
    • Basics of dimensional regularization
      • The Adler-Bell-Jackiw anomaly in QCD
    • Renormalization and renormalization schemes
  • The running of α
    • The β function at one loop
    • Asymptotic freedom and dimensional transmutation
    • Confinement
      • The Wilson loop and the quark-antiquark static energy
    • Decoupling
  • QCD at high energies
    • e+e– → hadrons
      • Cross-section at LO
      • Threshold effects
      • Cross-section at NLO
      • Soft and collinear singularities
      • Bloch-Nordsieck and Kinoshita-Lee-Nauenberg theorems
      • Cross-section at higher orders and scale invariance
      • Jets, jet measures and event shape variables
    • Deep inelastic scattering
      • Kinematics
      • Structure functions
      • Bjorken limit and scaling
      • Parton distribution functions
      • Structure functions at NLO, splitting functions and scaling violation
      • DGLAP equations
  • QCD at low energies
    • Low-energy symmetries
      • Chiral symmetry and spontaneous symmetry breaking
      • Parity doubling, vector and axial vector spectral functions
      • Quark condensate
    • Low-energy degrees of freedom
      • Pions and kaons as Goldstone bosons
      • Non-linear realization of SU(Nf) X SU(Nf)
    • The chiral Lagrangian at order p²
      • Vector and axial vector currents
    • The chiral Lagrangian at order p² with a mass term
      • Gell-Mann Oakes Renner relations, Gell-Mann Okubo relation, light quark masses
    • The chiral Lagrangian at order p² with external fields
      • Coupling to electromagnetism and quark masses
    • π → μ ν and fπ
    • π π → π π

Lernergebnisse

keine Angabe

Voraussetzungen

Quantum Mechanics 1 + 2 and some basic knowledge of Quantum Field Theory

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Introduction to quantum chromodynamics Vairo, A. Dienstag, 10:00–12:00
Donnerstag, 10:00–12:00

Lern- und Lehrmethoden

keine Angabe

Medienformen

Web page at

http://users.physik.tu-muenchen.de/gu32tel/Lectures/SS12-QCD.html

Literatur

Invitation:

F. Wilczek QCD Made Simple, Phys. Today 53, August 22 (2000)

Running of α:

S. Bethke The 2009 World Average of α, Eur. Phys. J. C64 689, 2009

Lectures:

N. Brambilla and A. Vairo, Quark Confinement and the Hadron Spectrum, 13th Annual Hampton University Graduate Studies at the Continuous Electron Beam Facility, JLab, e-Print: hep-ph/9904330

S. Scherer, Introduction to Chiral Perturbation Theory, Adv. Nucl. Phys. 7:277,2003, e-Print: hep-ph/0210398

Books:

O. Nachtmann, Elementary Particle Physics, Springer Verlag 1989

F.J. Yndurain, The Theory of Quark and Gluon Interactions, Springer Verlag 1983

T. Muta, Foundations of Quantum Chromodynamics, World Scientific 1987

K. Huang, Quarks Leptons and Gauge Fields, World Scientific 1982

P. Pascual and R. Tarrach, QCD: Renormalization for the Practitioner, Springer Verlag 1984

R.K. Ellis, W.J. Stirling and B.R. Webber, QCD and Collider Physics, Cambridge University Press 1996

G. Sterman et al, Handbook of perturbative QCD

Y. Dokshitzer, V. Khoze, A. Mueller and S. Troyan, Basics of perturbative QCD

S. Pokorski, Gauge Field Theories (2nd Edition), Cambridge University Press 2000

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.