Fortgeschrittene Effektive Feldtheorien
Advanced Effective Field Theories

Modul PH2123

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

PH2123 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester 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 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2123 ist Antonio Vairo.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

 

  • Basics principles of EFTs and renormalization techniques
  • Chiral perturbation theory for mesons
    • Light meson and baryon spectrum
    • The symmetries of massless QCD
    • Isospin
    • U(1) axial anomaly
    • Spontaneous symmetry breaking of SU(Nf) axial
    • Goldstone theorem
    • The scalar quark condensate
    • Non-linear realization of SU(Nf) x SU(Nf)
    • The chiral Lagrangian at order p²
    • Gell-Mann Oakes Renner relations, Gell-Mann Okubo relation, light quark masses
    • The chiral Lagrangian at order p² with external fields
    • Example: the coupling to electromagnetism and the quark masses
    • Equations of motion
    • Power counting
    • Example: π → μ ν and fπ
    • Example: π π → π π
    • The chiral Lagrangian at order (p²)²
    • Chiral perturbation theory at order (p²)²: one loop diagrams
    • The chiral anomaly: the Wess-Zumino-Witten action
    • Example: π° → γ γ
    • Low energy constants
    • Example: Goldstone boson masses at order (p²)²
    • Example: the pion electromagnetic form factor and the electromagnetic radius
  • Chiral perturbation theory for baryons
    • Non-linear realization of the baryon fields
    • Lowest-order effective Lagrangian
    • Power counting
    • Goldberger-Treiman relation and axial-vector current matrix elements
    • Example: π N → π N
    • Example: 1-loop correction to the nucleon mass
    • The heavy-baryon effective theory (HBChPT)
    • The 1/M° Lagrangian
    • Example: π N → π N in HBChPT
    • The 1/M¹ Lagrangian and the order p² Lagrangian
    • Example: 1-loop correction to the nucleon mass in HBChPT
    • A note on chiral perturbation theory and heavy mesons
    • Example: D* → D π
  • Superconductivity from an EFT perspective: a short note
  • Gravity from an EFT perspective: a short note

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 Field Theory courses I and II

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Advanced Effective Field Theories Vairo, A. Donnerstag, 15:00–17:00

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

EFTs Lectures at Physics Schools:

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

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

H. Georgi, Weak Interactions and Modern Particle Theory, Benjamin/Cummings Publishing Company 1984

J.F. Donoghue, E. Golowich, B.R. Holstein Dynamics of the Standard Model, Benjamin/Cummings Publishing Company 1984

H. Leutwyler, Chiral effective Lagrangians, Schladming 1991, Internationale Universitätswochen für Kern- und Teilchenphysik and TASI 1991, published in Boulder TASI 91:0097-138

H. Leutwyler, Effective field theories, Annals Phys.235:165-203,1994, e-Print: hep-ph/9311274

G. Ecker, Chiral Symmetry, Schladming 1998, Internationale Universitätswochen für Kern- und Teilchenphysik, e-Print: hep-ph/9805500

J. Goity, Chiral Perturbation Theory: brief introduction, Prague 2001, 13th Indian Summer School: Understanding the Structure of Hadrons, Czech. J. Phys.51:B35,2004

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

Founding papers:

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

J. Gasser, H. Leutwyler, Chiral Perturbation Theory to One Loop, Annals Phys.158:142,1984

S. Weinberg, The Quantum Theory of Fields Vol. II, Cambridge University Press 1996, Chapter 21

J. Polchinski, Effective Field Theory and Fermi Surface, TASI 1992, published in Boulder TASI 92:0235-276, e-Print: hep-ph/9210046

S. Weinberg, Effective Action and Renormalization Group Flow of Anisotropic Superconductors, Nucl.Phys.B413:567-578,1994 , e-Print: cond-mat/9306055

D. Espriu, D. Puigdomenech, Gravity as an Effective Theory, e-Print: arXiv:0910.4110

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.