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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 2018

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

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9SS 2018WS 2016/7SS 2011

Basisdaten

PH2122 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das unregelmäßig 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)
300 h 60 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2122 in der Version von SS 2018 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

The student will aquire the necessary knowledge to build effective field theories, compute Wilson coefficients, renormalize them, solve renormalization group equations and compute observables in principle at any order in the expansion parameter(s). In practice we will work out one loop calculations for non-relativistic effective field theories in QED and QCD.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Effective Field Theories Brambilla, N. Di, 08:00–10:00, PH 3344
Mi, 12:00–14:00, PH 3344
UE 2 Übung zu Effektive Feldtheorien Steinbeißer, S. Vander Griend, P.
Leitung/Koordination: Brambilla, N.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Lectures will be given on a blackboard. Many physical examples will be presented and worked out in all details. Exercises are suggested and will be discussed as requested. Discussions and feedbacks during the lectures  are strongly encouraged.

Medienformen

blackboard,
accompanying website http://users.ph.tum.de/gu32tel/Lectures/SS18-EFT.html

Literatur

Literature

  • Principles of EFTs
    • Books: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
    • Review papers and lecture notes: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
    • A founding paper:S. Weinberg, Phenomenological Lagrangians, Physica A96:327,1979
    • EFTs courses:School on Flavor Physics, Centro de Ciencias de Benasque (2008)
      Effective field theory course (2013) at MIT by Iain Stewart (with emphasis on SCET)
  • Heavy quark effective theory
  • Books:A.V. Manohar, M.B. Wise, Heavy quark physics, Cambridge University Press 2000
    • Review papers and lecture notes: 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
    • Related papers: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
  • Applications to atomic physics
    • Related papers: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

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Beispielrechnungen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Typical questions will include: how to construct an EFT, how to match it, how to write an RG equation,
  • how to write an RG equation. Specific physical examples presented during the lecture (HQET,NRQED,pNRQED, etc.) may be also discussed.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Effektive Feldtheorien
Mo, 4.2.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin vor So, 24.03.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date before Sun, 2019-03-24. bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 3.2.2019)
Di, 26.3.2019 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin von Mo, 25.03.2019 bis Sa, 27.04.2019. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date from Mon, 25.03.2019 till Sat, 27.04.2019. bis 25.3.2019
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