V. A. Naumov. Neutrinos in Physics & Astrophysics. Lecture notes.
Образование
Курсы, образовательные программы, учебники и материалы для самостоятельной работы по физике нейтрино, астрофизике частиц, КТП, физике частиц и статистическому анализу данных.
Онлайн-программа Физика нейтрино и астрофизика частиц
Образовательная программа Teach-in по физике нейтрино и астрофизике частиц.
Курсы лекций
Материалы опубликованы Квантовая теория поля
Курсы по КТП, Стандартной модели, ренормировке и ускоренным системам отсчёта.
Учебник
Двухтомный учебник «Квантовая теория поля для экспериментаторов и не только»: примеры, задачи, решения и практический взгляд на КТП. Русское издание опубликовано; английское готовится.
Курс лекций «Квантовая теория поля»
Курс лекций «Стандартная модель»
Курс лекций «Ренормировка в квантовой теории поля»
Ускоренные системы отсчёта и эффект Унру
Пять HTML-лекций: от координат Риндлера и энтропии запутанности до эффекта Унру для скалярного и фермионного полей.
Attraction and Repulsion in Quantum Field Theory
Отдельная лекция по scalar QED и волновым пакетам: как в КТП кодируются притяжение и отталкивание.
13 лекций опубликованы Статистический анализ данных
Практический курс для физики высоких энергий, астрофизики и анализа экспериментальных данных: тринадцать лекций от мотивации до статистических тестов. Все материалы открываются прямо отсюда.
01. Мотивация и обзор курса
Зачем физику статистика и какие вопросы решает курс.
02. Случайные величины, распределения, моменты
Вероятности, плотности, кумулятивная функция распределения и моменты.
03. Характеристические функции и суммы случайных величин
Преобразование Фурье распределения, свёртки, независимые суммы, моменты, кумулянты и мост к ЦПТ.
04. Центральная предельная теорема и нормальное распределение
Почему возникает гаусс, как читать квантили и как проверять совместимость измерений.
05. Когда гаусс не возникает
Границы применимости ЦПТ: тяжёлые хвосты, корреляции, смеси распределений, пороги и малые счёты.
06. Распространение ошибок
Линейное распространение ошибок, нелинейные функции, оценки среднего, дисперсии, стандартного отклонения и ковариации.
07. Двумерный гаусс
Ковариационная матрица, корреляция, двумерный гаусс, эллипсы, контуры и практические применения.
08. Метод Монте-Карло и псевдоэксперименты
Генерация распределений, численное интегрирование, псевдоэксперименты и моделирование детектора.
09. Правдоподобие и оценки максимального правдоподобия
Функция правдоподобия, логарифм правдоподобия, ММП и первые примеры оценивания параметров.
10. Свойства оценок, профильное правдоподобие и примеры анализа данных
Смещение, дисперсия, информация Фишера, форма правдоподобия, профилирование и диагностика подгонки.
11. Метод наименьших квадратов и линейная подгонка
Связь МНК с гауссовым правдоподобием, линейная модель, нормальные уравнения, ковариации параметров и остатки.
12. χ²-интервалы, систематики и практический рецепт МНК
Общий матричный случай, интервалы из формы χ², систематические неопределённости, нормировка и практический рецепт анализа.
13. Качество согласия и статистическая значимость
Остатки, распределение χ², число степеней свободы, p-значение, перевод в Z и калибровка псевдоэкспериментами.
Курсы и мастер-классы опубликованы Физика нейтрино
Вводный курс и солнечный мастер-класс: лекции, проект и данные открываются прямо отсюда.
Введение в физику нейтрино
Курс из 35 лекций: от первого знакомства с нейтрино и прямого измерения массы до осцилляций, источников нейтрино и приложений.
Рекомендуемая литература
Список скомпилирован В. А. Наумовым для курса Neutrinos in Physics & Astrophysics.
Материалы курса В. А. Наумова
V. A. Naumov. Simple warm-up questions. In Russian.
V. A. Naumov. Cosmic Rays. Supplement to atmospheric and astrophysical neutrinos.
V. A. Naumov. Relevant and Irrelevant. Slides on topics covered in the lectures.
V. A. Naumov. List of exam questions. In Russian.
V. A. Naumov. Introduction to Cosmic Rays. Lectures for postgraduates of Florence University.
JINR. Neutrino Oscillations webpage.
Рекомендуемые книги
A. De Angelis and M. J. M. Pimenta. Introduction to Particle and Astroparticle Physics. Questions to the Universe. Springer, 2015.
C. Giunti and C. W. Kim. Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics. Oxford University Press, 2007.
F. Boehm and P. Vogel. Physics of Massive Neutrinos. 2nd ed., Cambridge University Press, 1992.
M. Fukugita and T. Yanagida. Physics of Neutrinos & Applications to Astrophysics. Springer-Verlag, 2003.
R. N. Mohapatra and P. B. Pal. Massive Neutrinos in Physics and Astrophysics. 3rd ed., WSLNP72, 2004.
S. Bilenky. Introduction to the Physics of Massive and Mixed Neutrinos. Lect. Not. Phys. 817, 2010.
V. Barger, D. Marfatia and K. Whisnant. The Physics of Neutrinos. Princeton University Press, 2012.
Z.-z. Xing and S. Zhou. Neutrinos in Particle Physics, Astronomy and Cosmology. Zhejiang University Press & Springer-Verlag, 2011.
N. Schmitz. Neutrinophysik. B. G. Teubner, Stuttgart, 1997.
Дж. Бакал. Нейтринная астрофизика. М.: Мир, 1993.
C. Grupen. Astroparticle Physics. Springer, 2005.
U. Sarkar. Particle and Astroparticle Physics. Taylor & Francis Group, 2008.
B. Falkenburg and W. Rhode, eds. From Ultra Rays to Astroparticles. A Historical Introduction to Astroparticle Physics. Springer, 2012.
C. Grupen and I. Buvat, eds. Handbook of Particle Detection and Imaging. Springer-Verlag, 2012.
H. V. Klapdor-Kleingrothaus and A. Staudt. Non-accelerator Particle Physics. Institute of Physics, 1995.
М. С. Лонгейр. Астрофизика высоких энергий. М.: Мир, 1984.
P. K. F. Grieder. Cosmic Rays at Earth. Research Reference Manual and Data Book. Elsevier, 2001.
P. K. F. Grieder. Extensive Air Showers. High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects. Springer, 2010.
W. Greiner and B. Muller. Gauge Theory of Weak Interactions. 4th ed., Springer, 2009.
С. М. Биленький. Лекции по физике нейтринных и лептон-нуклонных процессов. М.: Энергоиздат, 1981.
Ю. Комминс и Ф. Буксбаум. Слабые взаимодействия лептонов и кварков. М.: Энергоиздат, 1987.
Л. Б. Окунь. Лептоны и кварки. 2-е изд., М.: Наука, 1990.
Д. С. Горбунов и В. А. Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной: теория горячего Большого взрыва. 3-е изд., М.: ЛЕНАНД, 2016.
Обзоры и специальные материалы
J. Steinberger. The history of neutrinos, 1930-1985. What have we learned about neutrinos? What have we learned using neutrinos? Ann. Phys. 327 (2012) 3182-3205.
С. С. Герштейн, Е. П. Кузнецов, В. А. Рябов. Природа массы нейтрино и нейтринные осцилляции. УФН 167 (1997) 811-848.
S. S. Gershtein, E. P. Kuznetsov and V. A. Ryabov. The nature of neutrino mass and the phenomenon of neutrino oscillations. Phys. Usp. 40 (1997) 773-806.
F. F. Deppisch, P. S. Bhupal Dev and A. Pilaftsis. Neutrinos and Collider Physics. New J. Phys. 17 (2015) 075019.
V. A. Naumov. Solar neutrinos. Astrophysical aspects. Phys. Part. Nucl. Lett. 8 (2011) 683-703.
R. Wendell and K. Okumura. Recent progress and future prospects with atmospheric neutrinos. New J. Phys. 17 (2015) 025006.
E. Kh. Akhmedov. Majorana neutrinos and other Majorana particles: theory and experiment. arXiv:1412.3320.
S. F. King. Models of neutrino mass, mixing and CP violation. J. Phys. G 42 (2015) 123001.
Д. В. Наумов, В. А. Наумов. Квантово-полевая теория нейтринных осцилляций. ЭЧАЯ 51 (2020) 5-209.
D. V. Naumov and V. A. Naumov. Quantum Field Theory of Neutrino Oscillations. Phys. Part. Nucl. 51 (2020) 1-106.
А. Б. Александров и др. Поиск слабовзаимодействующих массивных частиц темной материи: состояние и перспективы. УФН 191 (2021) 905-936.
Популярные книги и статьи
Рэй Джаявардхана. Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей. Альпина нон-фикшн, 2015.
Frank Close. Neutrino. Oxford University Press, 2010.
Chris Waltham. Teaching neutrino oscillations. Am. J. Phys. 72 (2004) 742-752.
Александр А. Боровой. Как регистрируют частицы. По следам нейтрино. Библиотечка Квант, вып. 15. М.: Наука, 1981.
Александр А. Боровой. 12 шагов нейтринной физики. М.: Знание, 1985.
Айзек Азимов. Нейтрино - призрачная частица атома. М.: Атомиздат, 1969.
01. Нейтрино. Первое знакомство
Основные свойства, история открытия и открытые вопросы.
02. Слабое взаимодействие. Нарушение пространственной чётности
Пространственная чётность, слабое взаимодействие и опыт Ву.
03. Спин нейтрино. Спиральность и поляризация
Спин, поляризация, спиральность и опыт Голдхабера.
04. Прямое измерение массы нейтрино. Кинематика β-спектра
Конец β-спектра, функция Ферми, эффективная масса и график Кури.
05. Прямое измерение массы нейтрино. Ведём электрон к детектору
Сбор изотропных распадов, движение электрона в магнитном поле и адиабатический инвариант.
06. Прямое измерение массы нейтрино. MAC-E-спектрометр
Магнитная коллимация, электростатический фильтр, акцептанс и разрешение.
07. Прямое измерение массы нейтрино. Эксперимент KATRIN
Установка, функция отклика, статистическая модель, систематики и результат.
08. Прямое измерение массы нейтрино. Другие способы взвесить нейтрино
Project 8, калориметрия гольмия и кинематические методы для других флэйворов.
09. Осцилляции в вакууме. Два флэйвора
Квантовая природа осцилляций, двухфлэйворный вывод и механическая модель.
10. Осцилляции в вакууме. Три флэйвора и матрица PMNS
Матрица PMNS, полная вероятность, CP-нарушение и параметры NuFIT.
11. Осцилляции в веществе. Откуда берётся преломление
Когерентное рассеяние вперёд, показатель преломления и потенциал вещества.
12. Осцилляции в веществе. Постоянная плотность
Гамильтониан в веществе, три базиса и точное решение для однородного слоя.
13. Осцилляции в веществе. Адиабатический MSW-эффект
Мгновенный базис, критерий адиабатичности и солнечный MSW-переход.
14. Осцилляции в веществе. Интерференция и маятники
Интерференция в массовом базисе и механическая аналогия со связанными маятниками.
15. Осцилляции в веществе. Три флэйвора
Трёхфлэйворный гамильтониан, эффект день–ночь и связь с данными.
16. Осцилляции нейтрино. Парадоксы и тонкости
Производство и регистрация, волновые пакеты, когерентность и кажущиеся парадоксы.
17. Нейтрино в Стандартной модели
Киральность, дираковская и майорановская природа, механизмы генерации массы.
18. Электромагнитные свойства нейтрино
Магнитный момент и другие электромагнитные формфакторы: теория и эксперимент.
19. Стерильные нейтрино
Теория, экспериментальные аномалии и современный статус.
20. Взаимодействие нейтрино с веществом
Сечения, ядерные эффекты, когерентное рассеяние и neutrino floor.
21. Детектирование нейтрино. Экспериментальные методы
Сцинтилляционные, черенковские, радиохимические, трековые и другие методы.
22. Источники нейтрино. Солнце
Модель Солнца, спектры, сечения, эксперименты и анализ данных.
23. Источники нейтрино. Атмосфера
Атмосферные ливни, потоки, эксперименты и осцилляционный анализ.
24. Источники нейтрино. Ускорители
Формирование пучков, спектры, сечения и дальнобазовые эксперименты.
25. Источники нейтрино. Реакторы
Реакторные процессы, спектры, эксперименты и осцилляции.
26. Источники нейтрино. Земля
Тепловая история Земли, радиоактивные изотопы и геонейтринные измерения.
27. Майорановская масса. Безнейтринный двойной β-распад
Феноменология, ядерная теория, экспериментальные методы и ограничения.
28. Космические нейтрино. Реликтовый фон
Космологическое происхождение, спектр, температура и идеи регистрации.
29. Космические нейтрино. Сверхвысокие энергии
Астрофизические источники, энергетический баланс и нейтринные телескопы.
30. Космические нейтрино. Сверхновые
Коллапс звезды, нейтринные спектры, осцилляции и коллективные эффекты.
31. Глобальный анализ нейтринных данных
Правдоподобие, систематики, корреляции, вырождения и объединение экспериментов.
32. Смешивание нейтрино. CP-нарушение
Унитарность матрицы смешивания, CP-фаза, теория и эксперимент.
33. Нейтрино за пределами Стандартной модели
Возможные проявления новой физики в нейтринном секторе.
34. Применения нейтрино. Томография Земли
Осцилляционная, геонейтринная и высокоэнергетическая томография планеты.
35. Применения нейтрино. Мониторинг реакторов
Дистанционный контроль реакторов по антинейтринному потоку.
Солнечные нейтрино
Мини-курс по источникам солнечных нейтрино, осцилляциям, MSW-эффекту, детекторной статистике и SK-подобному фитированию.
00. Solar Neutrinos and Oscillations
Обзор солнечных нейтрино, осцилляций и базовой феноменологии.
01. Fluxes, event rates, normalization fit
Потоки солнечных нейтрино, скорости событий и нормировочный фит.
02. Oscillations and fit
MSW-физика, детекторная статистика и фит SK-like спектра.
Проект. SK-like fit
Итоговый проект с воспроизводимыми данными.
Мини-курс опубликован Физика элементарных частиц
Карта дает короткий вход в материалы, а рабочие страницы курсов остаются отдельными сайтами с собственными лекциями, заданиями и дополнительными материалами.
Мини-курс: введение в физику элементарных частиц
Две вводные лекции: частицы, поля, взаимодействия, калибровочная инвариантность, происхождение масс и слабый распад.
Большой курс: введение в физику элементарных частиц
Рабочая страница будущего полного курса: русские слайды, книга и заготовки для задач, applets и экзаменационных проектов.
Курс готовится · первая лекция — черновик Гравитация
Рабочий сайт будущего курса по гравитации и общей теории относительности. Первая лекция посвящена световым сигналам между свободно падающими объектами у горизонта чёрной дыры.
Планируется Теория осцилляций нейтрино в КТП
Будущий специализированный курс по квантово-полевому описанию нейтринных осцилляций.