Effektive Feldtheorien
Effective Field Theories

Modul PH2122

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.

Modulversion vom SS 2011

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2016/7SS 2011

Basisdaten

PH2122 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das unregelmäßig angeboten wird.

Die Gültigkeit des Moduls ist bis SS 2016.

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 PH2122 in der Version von SS 2011 war Antonio Vairo.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

The lecture course will provide an introduction to effective field theories (EFTs) and renormalization techniques with applications ranging from high energy to atomic physics. The following topics will be covered:

  • Principles of EFTs
    • Scales and systems in nature
    • What is an EFT and how to construct it
    • Example: the Euler-Heisenberg Lagrangian
    • Example: the Fermi theory of weak interactions at tree level
    • Example: the Rayleigh scattering
    • Relevant, irrelevant and marginal operators
    • Quantum loops of irrelevant operators
    • Mass-dependent vs mass-independent regularization schemes
    • Dimensional regularization
    • Quantum loops of marginal operators
    • Example: β function and running coupling constant in QED and QCD
    • Decoupling theorem
    • Example: the one and two loop matching of the QCD strong-coupling constant in MSbar
    • Renormalization group equations in QFTs and EFTs
    • Anomalous dimensions
    • Mixing
    • Example: ΔS = 2 transition amplitude in the Fermi theory of weak interactions
  • Heavy quark effective theory
    • Heavy-light meson spectrum
    • Heavy-quark spin-flavour symmetry
    • Static Lagrangian
    • Spectroscopy implications
    • Heavy meson decay constants
    • Transition form factors: Isgur-Wise functions
    • Example: B → D transitions and calculation of dΓ(B → D e ν)/dq²
    • Renormalization of composite operators
    • Example: heavy-light currents and heavy-heavy currents
    • Heavy meson decay constants at LL and NLO
    • The 1/m expansion of the HQET Lagrangian
    • Reparameterization invariance
    • Chromomagnetic coupling and hyperfine splitting at LL
    • Decoupling in the HQET
    • B → D e ν and Luke's theorem
  • Applications to atomic physics
    • Bound states in QED: physical picture, scales, degrees of freedom
    • NRQED: Lagrangian, power counting, matching
    • Four-fermion operators
    • Example: matching of dimension six four-fermion operators and the positronium decay width
    • pNRQED: Lagrangian, power counting, matching
    • Example: the hydrogen atom and the Lamb shift
    • Example: the Rayleigh scattering in pNRQED

Lernergebnisse

After attending the course, the attendant has become familiar with modern renormalization techniques and effective field theories. This aim is achieved by looking at how the degrees of freedom of ordinary matter (hadrons, nuclei, atoms, molecules) emerge in a systematic fashion from the elementary degrees of freedom of the Standard Model (lepton, quarks, gauge fields).

Voraussetzungen

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

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lern- und Lehrmethoden

preparation and presentation of a lecture, beamer presentation, board work, discussion

Medienformen

complementary literature

Literatur

A. Dobado, A. Gomez-Nicola, A.L. Maroto, J.R. Pelaez,  Effective Lagrangians for the Standard Model, Springer Verlag 1997

S. Weinberg, The Quantum Theory of Fields Vol. II, Cambridge University Press 1996, Chapter 19

A. Pich, Effective field theory, Les Houches 1997, Probing the standard model of particle interactions, Pt. 2* 949-1049, e-Print: hep-ph/9806303

A.V. Manohar, Effective field theories, Schladming 1996, Perturbative and nonperturbative aspects of quantum field theory* 311-362, e-Print: hep-ph/9606222

D.B. Kaplan, Effective field theories, 7th Summer School in Nuclear Physics Symmetries, Seattle, e-Print: nucl-th/9506035

H. Georgi, Effective field theory, Ann.Rev.Nucl.Part.Sci.43:209-252,1993

B.R. Holstein, Effective effective interactions, Eur.Phys.J.A18:227-230,2003

S. Weinberg,  Phenomenological Lagrangians, Physica A96:327,1979

School in  Applications of Effective Field Theories, U. Milano (2003)

School on Flavor Physics, Centro de Ciencias de Benasque (2008)

A.V. Manohar, M.B. Wise, Heavy quark physics, Cambridge University Press 2000

M. Neubert, Heavy-quark symmetry, Phys.Rept.245:259-396,1994

B. Grinstein, An introduction to heavy mesons, 6th Mexican School of Particles and Fields, Villahermosa, e-Print: hep-ph/9508227

T. Mannel, Heavy-quark effective field theory, Rept.Prog.Phys.60:1113-1172,1997

G.P. Lepage, L. Magnea, C. Nakhleh, U. Magnea, K. Hornbostel, Improved nonrelativistic QCD for heavy quark physics, Phys.Rev.D46:4052-4067,1992, e-Print: hep-lat/9205007

A.V. Manohar, The HQET/NRQCD Lagrangian to order α/m^3, Phys.Rev.D56:230-237,1997, e-Print: hep-ph/9701294

W.E. Caswell, G.P. Lepage,  Effective Lagrangians for bound state problems in QED, QCD, and other field theories, Phys.Lett.B167:437,1986

A. Pineda, J. Soto, The Lamb shift in dimensional regularization, Phys.Lett.B420:391-396,1998, e-Print: hep-ph/9711292

A. Pineda, J. Soto, Potential NRQED: the positronium case, Phys.Rev.D59:016005,1999, e-Print: hep-ph/9805424

B.R. Holstein, Blue skies and effective interactions, American Journal of Physics 67:422,1999

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. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester 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.